Gasnettet som fremtidens VE-lager

Transkript

1 Gasnettet som fremtidens VE-lager En samlerapport i projektet EUDP J.nr August 2016 Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

2 Gasnettet som fremtidens VE-lager En samlerapport i projektet Niels Bjarne Rasmussen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2016

3 Titel : Gasnettet som fremtidens VE-lager Rapport kategori : Projektrapport Forfatter : Niels Bjarne Rasmussen Dato for udgivelse : August 2016 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\gasnettet som fremtidens VElager - samlet rapport.docx Sagsnavn : Gasnettet som VE-lager ISBN :

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Denne rapport består af en række delrapporter i nedenstående rækkefølge. Projekt: Gasnettet som fremtidens VE-lager Slutrapport sendt til EUDP Fase I: WP1.1 WP1.2 WP1.3 WP1.4 WP1.5 WP1.6 Gassystemets og gasapparaternes egnethed for hydrogen Gennemgang og kategorisering af materialer og komponenter i det danske gasdistributionssystem. Analyse af slutanvendelse. Gennemgang og kategorisering af gasapparater anvendt til private husholdninger og lign. samt gas til erhverv, industri og transportsektor. Sikkerhedskritiske parametre for brint og NG-blandinger Kritiske komponenter ved naturgas/brintdrift Identifikation af kritiske komponenter og apparater, som ved en givet procent hydrogen i naturgas - skal enten udskiftes, justeres og/eller afprøves og godkendes inden en demonstration. Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet I rapporten indgår WP2.3, Testprogram relateret til myndighedskrav og WP2.7, der omhandler overvågningsprogram relateret til myndighedskrav. Vurdering af tekniske og økonomiske muligheder for en omstilling af gassystemet til drift på hhv. 2 %, 10 % og 100 % hydrogen. Foreligger i draft-version. Endelig udgave fås hos Energinet.dk. Fase II: WP2.1 WP2.2 WP2.3 WP2.4 Design af demonstrationsprojekt Siteudvælgelse Udvælgelse af site (afgrænset delstreng af gasdistributionsnet til demonstrationsdrift med naturgas/brintblanding). Gennemgang af system og gasapparater inkl. installation mhp. sikkerhedsteknisk problemfri drift. Udgået, da fase III er droppet pga. manglende finansiering. Testprogram for net (lækage) og apparater (driftseftersyn) Integreret i WP1.5. Fastlæggelse af evt. lab.-afprøvning af kritiske komponenter og apparater inden drift med hydrogen-ng blandinger. Udgået, da endeligt valg af site ikke er sket, da fase III er droppet pga. manglende finansiering.

5 DGC-rapport 2 WP2.5 WP2.6 WP2.7 WP2.8 WP2.9 Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning Her er fastlagt bl.a. indblandingsandel for hydrogen og løbende overvågning af komponenter og apparater. Aftaler om - og krav til - sikkerhedsteknisk overvågning af driften med SIK og AT. Dette arbejde er integreret i WP1.5, Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet. Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde. Budget og ansøgning for demonstrationsprojekt. Artikel: Brint i naturgasnettet har lange udsigter, FIB nr. 53, september Link:

6 Slutrapport 1.1 Projekt detaljer Projekt titel Fremtidens Lager for Vedvarende energi Projekt identifikation (program forkortelse and file) Navn på støtteprogram EUDP J.nr Brint og Brændselsceller Projektledende firma (navn og adresse) Dansk Gasteknisk Center A/S, Dr Neergaardsvej 5 B, 2970 Hørsholm Projekt partnere Naturgas Fyn, DONG Gas Distribution, HMN Naturgas, Energinet.dk CVR (central business register) Dato for afsendelse Short description of project objective and results English version: The project purpose is to define and demonstrate the extent to which the Danish gas distribution system can be used as infrastructure and energy storage for an energy system - fully or partly - based on hydrogen. Results: The project results may constitute the basis for testing and demonstration projects to clarify the gas network and gas appliance readiness for hydrogen addition in the Danish natural gas network Danish version: Projektet formål er at fastlægge og demonstrere i hvor høj grad gasdistributionssystemet kan anvendes som infrastruktur og lager for et energisystem, som helt eller delvist er baseret på hydrogen. Results: Projektets resultater kan danne grundlag for test- og demonstrationsprojekter til belysning af gasnettets og gasapparaternes parathed for brinttilsætning i det danske naturgasnet. 1.3 Executive summary Projektets formål er at fastlægge og demonstrere i hvor høj grad gasdistributionssystemet kan anvendes som infrastruktur og lager for et energisystem, som helt eller delvist er baseret på hydrogen. Der er inddraget praktiske og teoretiske overvejelser i vurderingen og de økonomiske konsekvenser af omstilling til hydrogen vurderes og sammenholdes med gassystemets omstilling til VE via el og biomasse. Projektet omfatter både overgangsfasen fra et fossilt til et VE baseret energisystem, hvor hydrogen udgør en mindre del af energimikset samt en fuld udviklet VE forsyning, hvor hydrogen distribueres i gassystemet. 1

7 Såvel gastransportsystemet som hele gasanvendelsessiden er inddraget, idet det vurderes at have en væsentlig økonomisk betydning for VE implementeringen, at de nuværende industrielle og private gasforbrugere kan overgå til delvis hydrogendrift uden store nødvendige investeringer i ny teknologi. Mulighederne for at tilføre hydrogen til gasnettet har pt. stor bevågenhed, idet gasnettet og gaslagrene udgør et potentielt stort energilager for el produceret på vindkraft og solceller. Der er derfor i øjeblikket i Europa og i særlig grad i Tyskland mange Power to Gas-initiativer i gang. Projektet er gennemført i samarbejde mellem DGC, gasdistributionsselskaberne HMN, DONG Energy og Naturgas Fyn samt Energinet.dk, idet specifikke problemstiller vedr. hhv. gasnettet og gasanvendelse er løst med bistand fra gasselskabernes fælles ekspertgrupper for hhv. gastransport og gasanvendelse, hvori såvel Sikkerhedsstyrelsen som Arbejdstilsynet er repræsenteret. Projektet forløber i tre faser, hvoraf kun fase I og II er gennemført i dette projekt: Fase I: Fase II: Fase III: Gassystemets og gasapparaternes egnethed for hydrogen Design af demonstrationsprojekt Demonstration af drift af gasnet med hydrogen Mange problemstillinger er knyttet til nationale forhold (gaskvalitet, apparatbestand, sikkerheds- forskrifter, ) og der lægges særlig vægt på disse forhold i projektet Projektets formål Projektet formål er at fastlægge og demonstrere i hvor høj grad gasdistributionssystemet kan anvendes som infrastruktur og lager for et energisystem, som helt eller delvist er baseret på hydrogen. The project purpose is to define and demonstrate the extent to which the Danish gas distribution system can be used as infrastructure and energy storage for an energy system - fully or partly - based on hydrogen. 1.5 Projekt resultater og formidling af resultater Projektet har bestået af en lang række undersøgelser, der er formidlet via et tilsvarende antal underrapporter, se Annex: Fase I: WP1.1 WP1.2 WP1.3 WP1.4 Gassystemets og gasapparaternes egnethed for hydrogen Gennemgang og kategorisering af materialer og komponenter i det danske gasdistributionssystem. Analyse af slutanvendelse. Gennemgang og kategorisering af gasapparater anvendt til private husholdninger o. lign., samt gas til erhverv, industri og transportsektor. Sikkerhedskritiske parametre for brint og NG blandinger Kritiske komponenter ved naturgas/brintdrift Identifikation af kritiske komponenter og apparater, som ved en givet % hydrogen i naturgas - skal enten udskiftes, justeres og/eller afprøves og godkendes inden en demonstration. 2

8 WP1.5 WP1.6 Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet I rapporten indgår WP2.3, Testprogram relateret til myndighedskrav og WP2.7, der omhandler overvågningsprogram relateret til myndighedskrav. Vurdering af tekniske og økonomiske muligheder for en omstilling af gassystemet til drift på hhv. 2 %, 10 % og 100 % hydrogen. Foreligger i draft-version. Endelig udgave fås hos Energinet.dk. Fase II: WP2.1 WP2.2 WP2.3 WP2.4 WP2.5 WP2.6 WP2.7 WP2.8 WP2.9 Design af demonstrationsprojekt Siteudvælgelse Udvælgelse af site (afgrænset delstreng af gasdistributionsnet til demonstrationsdrift med naturgas/brintblanding) Gennemgang af system og gasapparater inkl. installation mhp. sikkerhedsteknisk problemfri drift. Udgået da fase III er droppet pga. manglende finansiering. Testprogram for net (lækage) og apparater (driftseftersyn) Integreret i WP1.5 Fastlæggelse af evt. lab.-afprøvning af kritiske komponenter og apparater inden drift med hydrogen-ng blandinger. Udgået da endeligt valg af site ikke er sket, da fase III er droppet pga. manglende finansiering. Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning Her er fastlagt bl.a. indblandingsandel for hydrogen og løbende overvågning af komponenter og apparater. Aftaler om - og krav til - sikkerhedsteknisk overvågning af driften med SIK og AT. Dette arbejde er integreret i WP1.5, Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet. Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde. Budget og ansøgning for demonstrationsprojekt. 1.6 Udnyttelse af projektets resultater Projektet har medvirket til en klarlægning af mulighederne for brinttransport i det danske gasnet. Brinttransport og lagring i det danske gasnet har potentielt muligheder for at bidrage til lastudjævning i et fremtidigt fossilfrit energisystem. Gassystemet i Danmark transporterer lige så meget energi som el-systemet og tilbyder samtidig energilagring fra udjævning af korttidsfluktuationer ved hjælp af line-pack og op til årstidsvariationer i gaskavernerne. Det danske gas-net er vidt forgrenet og stort set landsdækkende og restlevetiden er år. Danmark står derfor i den unikke situation, at landet har et ret nyt veludbygget og finansieret gastransportsystem, som kan anvendes til både transport og lager af VE i form af grønne gasser (Hydrogen, biogas og forgasningsgas). 3

9 Projektets resultater kan danne grundlag for test- og demonstrationsprojekter til belysning af gasnettets og gasapparaternes parathed for brinttilsætning i det danske naturgasnet. 1.7 Projekt konklusion og perspektivering. Projektets forundersøgelser har vist et omfattende behov for idriftsættelse af test- og demonstrations projekter til afklaring af paratheden for brinttilsætning til danske gasbaserede distributionsnet og slutbrugerinstallationer. Tidligere projekter har vist forskelle mellem forskellige fabrikater af udstyr, dets alder, samlemetoder og vedligeholdelsestilstand. Hertil kommer at gasanvendelse fordeler sig over en lang række anvendelser og indreguleringstyper, der medfører forskellig følsomhed for brinttilsætning. Annex Relevant link findes på DGCs hjemmeside under Publikationer/Rapport: Gasnettet som fremtidens VE-lager, hvor alle delrapporter er samlet i én rapport. Artikel: Brint i naturgasnettet har lange udsigter, FIB nr 53, september Link: 4

10 WP 1.1 Gennemgang og kategorisering af materialer og komponenter i det danske gasdistributionssystem (rør, ventiler, målere..) En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr Januar 2015 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37 WP 1.2 Analyse af slutanvendelse En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr December 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

38 WP 1.2 Analyse af slutanvendelse En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Betina Jørgensen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2014

39 Titel : WP 1.2 Analyse af slutanvendelse Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Betina Jørgensen Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\bjo\wp 1.2 Analyse af slutanvendelse_final.docx Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

40 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Formål Tidligere projekter Gasforsyningsscenarier NaturalHy Overordnede effekter af brinttilsætning Sammenfatning... 5 Bilag

41 DGC-rapport 2 1 Formål Formålet med denne del af projektet er en gennemgang samt kategorisering af gasapparater anvendt til private husholdninger og lignende, samt gas til erhverv, industri og transport. 1.1 Tidligere projekter Gasforsyningsscenarier DGC har tidligere deltaget og udført projekter, hvor det er blevet undersøgt, hvorledes gasapparater reagerer på skiftende gassammensætninger. I forbindelse med den stigende import af tysk gas blev der indsamlet data for størsteparten af de danske gasinstallationer, og alle apparater blev kategoriseret. De blev overordnet opdelt i gasapparater, gasmotorer og gasturbiner, og for hver apparattype blev det specificeret, hvilken brændertype der blev benyttet /1/. Apparaterne er generelt inddelt i hovedgrupper efter forbrændingsprincip og anvendelse, og disse er efterfølgende inddelt i undergrupper fra A til ÅÅ. Der er benyttet i alt 33 undergrupper. Undergrupperne for motorer og turbiner er herudover behandlet helt særskilt, idet disse yderligere er inddelt i fabrikater og typer. Ud over nævnte parametre er der også foretaget en underopdeling på aftrækstype. I Tabel 1 kan fordelingen af de danske gasapparater på de angivne grupper ses. Der blev i projektet ikke set på gaskvaliteter med brint, men problemstillingerne forventes at kunne sidestilles med de problemer, brint kan forårsage. Alle apparater blev klassificeret i tre grupper: de apparater, som vurderes at kunne fungere problemfrit på de forventede gaskvaliteter de, som har behov for indregulering og evt. mindre indgreb de, som vurderes ikke at kunne bringes til på sikkerhedsmæssig forsvarlig måde at fungere under de nye forhold med ændrede og tidsmæssigt varierende gaskvaliteter. På transportsiden er der ikke udført nogen umiddelbare undersøgelser, men det er specificeret, at indholdet af brint ikke må overstige 2 %.

42 DGC-rapport 3 Tabel 1 Opdeling af gasapparater på forskellige typer efter anvendelse og indreguleringsprincip /1/ Hovedgruppgruppe Betegnelse Under- Karakteristika Indregulering og bemærkninger Antal 1 Gasblæseluftbrændere A <120 kw Gas/luft forhold B >120 kw (med Driftpersonale) Gas/luft forhold Gaskedel og forrådsvandvarmervandvarmer C Gulvkedel og forråds- Dysetryk (atmosfærisk brænder) 2804 C/D 280 D Gulvkedel og forrådsvandvarmer Dysetryk (atmosfærisk brænder) 3713 E Gennemstrømningskedel Dysetryk (atmosfærisk brænder) E/F 1853 F Gennemstrømningskede l Dysetryk (atmosfærisk brænder) G Gennemstrømningskedel Gas/luft forhold H Gennemstrømningskedel Gas/luft forhold I Kondenserende kedel Dysetryk premix 4572 K Kondenserende kedel Gas/luft forhold L Kondenserende kedel Automatisk gas/luft styring (scot) Gasradiatorer/pejse M Gasradiatorer/pejse Dysetryk (atmosfærisk brænder) 1371 N Gasradiatorer/pejse Dysetryk (atmosfærisk brænder) Kaloriefere/strålerør O Kaloriefere/strålerør Dysetryk (atmosfærisk brænder) 2222 P Kaloriefere/strålerør Dysetryk (atmosfærisk brænder) 1057 Q Kaloriefere/strålerør Gas/luft forhold 2797 R Kaloriefere/strålerør Gas/luft forhold Køkkenudstyr husholdning S Komfurbrændere og grill Dysetryk (atmosfærisk brænder) T Gasovn Dysetryk (atmosfærisk brænder) 5 6 Storkøkken udstyr U Komfurbrændere Dysetryk (atmosfærisk brænder) 2535 V Grillbrændere Dysetryk (atmosfærisk brænder) 7 W Gasovn Dysetryk (atmosfærisk brænder) 2 X Gasovn Dysetryk (atmosfærisk brænder) 81 7 Vaskeriudstyr Y Tørretumblere Dysetryk (atmosfærisk brænder) 2098 Z Vandopvarmning Dysetryk (atmosfærisk brænder) 11 (Damp/hedvand) 8 Proces Æ Højtemperaturovne Gas/luft forhold 189 Ø Tørreovne (lavtemperatur) Gas/luft forhold 793 Å Håndværktøj Dysetryk (atmosfærisk brænder) 35 ÅÅ Diverse åbne brændersystemer Dysetryk (atmosfærisk brænder) Special komponenter YY - Bundsenbrændere og fakler 198 og diverse 10 Gasmotorer MT Alle gasmotorer pr. indgang i energiproducenttælling Gasturbiner TU Alle gasturbiner pr. indgang i energiproducenttælling Ukendt type ZZ - ukendt 1323

43 DGC-rapport NaturalHy Der er i GERG-regi udført flere projekter omhandlende introduktion af brint til naturgasnettet. Et projekt er NaturalHy, hvor end use med fokus på eksisterende gasapparater blev undersøgt i WP5. Der blev i projektet set på de essentielle konsekvenser, dvs. dem som påvirker sikkerheden, herunder tilbageslag af flammen i husholdningsapparater, overophedning i industrielle brændere samt motorbankning i gasmotorer. Tilsætningen af brint vil forøge den laminare flammehastighed, som kan forårsage, at flammen slås tilbage i brænderen, desuden vil den forøgede forbrændingshastighed kunne forårsage overophedning af brænderen, som vil forkorte brænderens levetid. Det er dog ikke kun brintindholdet, som bestemmer dette, også præblandingen af luft og gas har en afgørende rolle. I brændselsrige apparater (fx kogeblus og kedler) vil effekten af brint være større end for de fuel-lean apparater, hvor effekten modarbejdes (fx nye low-no x kedler). Det er dog tydeligt, at den begrænsende faktor for brinttilsætning skal findes hos fuel-rich apparater. Gasmotorer viste sig mere følsomme over for brint. Tilsætningen af brint kan forbedre motoreffektiviteten, men hvis motoren ikke omjusteres, vil der højst sandsynlig være problemer med bankning. Fabrikanter af nyere lean-fuel gasturbiner specificerer, at det maksimale brintindhold i gassen er 10 %. Projektet viste, at udover sikkerhedsmæssige effekter vil tilsætningen af brint kunne forårsage en signifikant forøgelse af NO x -emissioner. 1.2 Overordnede effekter af brinttilsætning Ved tilsætning af brint til naturgas vil wobbetallet reduceres, og der ligger derfor nogle øvre grænser for tilsætning af brint. Tilsætning af brint påvirker stabiliteten af flammen, hvilket bl.a. kommer til udtryk som tilbagebrænding. Dette er meget afhængigt af luft/gasforholdet (λ) og brændertype. Brinten øger forbrændingshastigheden, hvilket kan forårsage overophedning af brænder. For gasmotorer vil tilsætning af brint kunne forårsage forøgede NO x - emissioner samt motorbankning.

44 DGC-rapport 5 De forbrændingstekniske forhold er også behandlet i DGC-projektet Litteraturstudie af forbrændingskontrol /3/. Dette projekt har set på hvorledes forbrændingskontrolsystemer påvirkes af tilsætning af brint. Der er set på to overordnede technologier, flammeionisering (fx SCOT) og røggasanalyse. Flammeioniseringsteknologien kan være følsom over for tilsætning af brint, da brinten vil sænke ionkoncentrationen i gassen samt kunne ændre på flammens placering. 2 Sammenfatning Overordnet set er det fuel-rich apparater, som vil kunne give de største problemer i forbindelse med tilsætning af brint til naturgas, dvs. fx komfurer. For turbiner gælder det, at der for nye lean-fuel gasturbiner uden problemer kan tilsættes op til 10 % brint. Der vil desuden kunne opstå problemer med forbrændingskontrolsystemer som benytter flammeionisering. /1/ DGC projekt Gasforsyningsscenarier /2/ NaturalHy (725-90) /3/ DGC projekt Litteraturstudie af forbrændingskontrol

45 WP 1.3 Sikkerhedskritiske parametre for brint- og naturgasblandinger En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr November 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

46 WP 1.3 Sikkerhedskritiske parametre for brint- og naturgasblandinger En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2014

47 Titel : WP 1.3 Sikkerhedskritiske parametre for brint og naturgasblandinger Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\his\wp 1.3 Sikkerhedskritiske parametre for brint og naturgasblandinger docx Sagsnavn : Gasnettet som VE-lager

48 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Antændelsesgrænser Tændenergi Flammehastighed Dugpunkt Metantal Relativ densitet Wobbeindeks Odoranttilsætning Korrosion Sammenfatning Referencer... 13

49 DGC-rapport 2 1 Antændelsesgrænser Intervallet, inden for hvilket brint kan antændes, er langt større end for naturgas. Ved 0 C og 1 bara: [%-vol i luft] Nedre Øvre antændelsesgrænse antændelsesgrænse naturgas 5 15 brint 4 75 Antændelsesgrænserne er også grænser, inden for hvilke der kan forekomme eksplosion. Laveste og højeste værdier angiver de såkaldte deflagrationsgrænser, dvs. grænser for eksplosioner, der foregår med flammeudbredelseshastigheder under lyshastigheden. I et snævrere interval kan der forekomme detonation, dvs. eksplosioner, hvor flammeudbredelsen sker med hastigheder over lydhastigheden. Se tabellen nedenfor. Det ses, at for brint er detonationsintervallet næsten 4 gange større end for naturgas. Brint anses for at være en af de mest detonationsvillige gasser. Detonationer er dog ret sjældne i procesanlæg, men når de sker, er der ofte tale om store ødelæggelser. [%-vol i luft] Nedre Øvre detonationsgrænse detonationsgrænse naturgas 5 15 brint Eksplosionsgrænser for en gasblanding ved atmosfærisk tryk kan i mange tilfælde, herunder også for brint/naturgas-blandinger, beregnes efter Le Chateliers formel /3/. L m hvor 100 xi L i i % vol. L m er øvre henholdsvis nedre eksplosionsgrænse i gasblandingen i %- vol. gas i luft. L i er øvre henholdsvis nedre eksplosionsgrænse for en komponent i af gasblandingen udtrykt som %-vol. gas i luft.

50 DGC-rapport 3 x i %-vol. i gasblandingen af komponent i. Det ses altså som forventet, at med en øget brinttilsætning øges tændintervallet. Øvre eksplosionsgrænse stiger, medens nedre eksplosionsgrænse er uændret. Se Figur 1 /4/. Øvre og nedre tændgrænser for brint/metan i luft [%] Antændelsesområde Brintandel [%] Figur 1 Øvre og nedre tændgrænse som funktion af brintvolumenandel i metan (%) Ved højere temperaturer øges tændområdet, hvilket fremgår af Figur 2 /2/.

51 Temperatur DGC-rapport 4 Øvre eksplosionsgrænse (UEL) Andel af brændgas i gas-/luftblandingen Figur 2 Nedre (LEL) og øvre (UEL) eksplosionsgrænse med forskellige brint/metan-blandinger og temperaturer Nedre eksplosionsgrænse har ifølge Gasreglementets afsnit C-12 punkt 9.1 /1/ indflydelse på den krævede odoranttilsætning. 1.1 Tændenergi Størrelsen minimum tændenergi er for brint 0,02 mj mod 0,29 mj for metan. Forløbet er vist på Figur 3 /4/. Minimum for brint/luft-blandinger findes ved det støkiometriske blandingsforhold med luft.

52 DGC-rapport 5 Figur 3 Tændenergi som funktion af brint- eller metanandel i luft Tilsætning af brint medfører som nævnt et forøget tændområde og reduktion af tændenergi. Disse ændringer betyder en øget risiko for antændelse ved udslip. 1.2 Flammehastighed Maksimal flammeudbredelseshastighed for metan i luft er 0,4 m/s mod 3,5 m/s for brint. Tilsætning af brint betyder derfor højere flammehastighed og dermed øget risiko for tilbagebrænding. Der er dog tale om relativt beskedne stigninger i flammehastighed med op til 50 % brint (volumenandel), se Figur 4 /2/.

53 DGC-rapport 6 Figur 4 Flammehastighed for brint/metanblandinger i luft Ved brinttilsætning over 50 % stiger flammehastigheden stærkt mod værdien for ren brint, der maksimalt er ca. 8 gange højere end værdien for ren metan i luft. På grund af brints høje flammehastighed anvendes en metan/brint-blanding i forbindelse med godkendelsesafprøvninger til test af gasforbrugende apparaters evne til at modstå tilbagebrænding. Den pågældende testgas (G222) består af 23 %-vol. H 2 og 77 %-vol. CH 4. Risikoen for tilbagebrænding er primært relevant for atmosfæriske brændere. 1.3 Dugpunkt Kulbrinte- og vanddugppunktet må ifølge Gasreglementet /1/ af hensyn til kondensationsrisikoen ikke overstige 0 C ved 0-4 bar og -5 C ved 4-80 bar. Dugpunktet for brint er -263 C. Tilsætning af brint til naturgas vil reducere partialtrykket for de øvrige komponenter i gasblandingen og derved sænke dugpunktet for disse komponenter.

54 DGC-rapport Metantal Metantallet er en dimensionsløs størrelse, som er relateret til gasfyrede motorer. Det beskriver brændslets bankeresistens, og faldende metantal svarer til en stigende tendens til at skabe motorbankning. Metantallet kan sammenlignes med oktantallets betydning for benzin. Metantallet er ikke reguleret i Gasreglementet. Flertallet af de større motorer opstillet i Danmark er udlagt til et minimum metantal på 70. Metantallet for dansk naturgas svinger en del (kilde Energinet.dk, Egtvedmåling). Årsvariation 2011: 68,9 77,7 Årsvariation 2012: 69,4 77,4 Årsvariation 2013: 69,8 80,9 Variation jan. okt. 2014: 65,1 79,8 Det ses, at variationen er øget de seneste år, og specielt er der i år målt særligt lave metantal. Dette skyldes specielle forhold, nemlig at der i en sommerperiode har været produktionsnedgang pga. revision af Thyra-feltet, hvorved gasproduktionen fra Sydarne, der har særligt lave metantal, har slået mere igennem. Et eksempel på månedsvariationen kan ses på Figur 5. Der ses en række spidsværdier der skyldes russisk gas fra Tyskland og den valgte driftsstrategi for kompressoranlægget i Egtved. Det bør bemærkes, at man ved landets øvrige målepunkter for gaskvalitet vil finde helt andre variationer i metantal.

55 DGC-rapport 8 Figur 5 Metantalsvariation målt ved Egtved Metantalsværdier under 70 betyder som nævnt, at en del gasmotoranlæg kører med lavere metantal, end de er udlagt til. Efter opstart af Sydarnefeltet har en stor del af motoranlæggene fået installeret bankesensorer. Brints metantal er pr. definition 0, og tilsætning af 1 %-vol. H 2 i naturgassen vil sænke metantallet med ca. 1 enhed. Tilsætning af selv beskedne mængder på 1-5 %-vol. H 2 kan i visse situationer trigge motorstop udløst af bankesensorer. Supplerende kan anlæggene være forsynet med systemer til automatisk justering af tændingstidspunkt og nedregulering af ydelse til at imødegå bankning, hvilket kan medføre nedsat effektivitet, hyppigere driftsstop og forringet driftsøkonomi. 1.5 Relativ densitet Den relative densitet (i forhold til luft ved normaltilstanden) af dansk naturgas er omkring 0,65 og for brint 0,0695. Ved brinttilsætning til naturgas vil gasblandingens relative densitet falde lineært som funktion af brintandelen. Definitionsområdet for den relative densitet for 2. gasfamilie (naturgasser) er 0,555-0,7 /1/. Ved tilsætning af brint i større koncentrationer end ca. 16 %-vol. i naturgassen (gennemsnit 2013), vil den relative densitet falde under den nedre definitionsgrænse på 0,555.

56 DGC-rapport 9 For biogas opgraderet til naturgaskvalitet iht. til kravene i Gasreglement C- 17 /1/ og russisk gas vil der højst kunne tilsættes ca. 2 %-vol. brint, når kravene til relativ densitet skal overholdes. 1.6 Wobbeindeks Wobbeindeks for en given gas siger noget om et givet gasforbrugende apparats ydelse. To gasser med samme Wobbeindeks vil med fastholdt brænderindstilling give samme indfyrede effekt. Wobbeindeks (øvre eller nedre) defineres som brændværdi (øvre eller nedre) relativ densitet i forhold til luft Uden brænderstyring vil variationer i Wobbeindeks betyde ændringer i iltoverskud og forbrændingskvalitet. Gasreglementet /1/ stiller krav om en minimumsværdi for Wobbeindeks, idet flammen på fx en brænder ellers kan blive ustabil. Tilsvarende er der krav om en maksimumværdi, idet fx en kedel ved overskridelse af denne værdi risikerer luftmangel eller overhedning. Variationer i Wobbeindeks vil dog i vid udstrækning kunne kompenseres via en effektiv brænder/motorstyring med iltstyring etc. Wobbeindeks (øvre) for brint er 48,3 MJ/m 3 n. Gasreglementets /1/ krav under normale forhold til øvre Wobbeindeks for dansk naturgas er 50,76 55,8 MJ/m 3 n. Tilsætning af brint vil derfor umiddelbart betyde et reduceret Wobbeindeks. Ved mere end 75 % brinttilsætning ses dog et stigende Wobbeindeks, se Figur 6.

57 DGC-rapport 10 Figur 6 Øvre og nedre Wobbeindeks som funktion af brintindhold i dansk naturgas Det er beregnet, at overholdelse af Gasreglementets /1/ anbefalede minimum værdi for øvre Wobbeindeks begrænser muligheden for brinttilsætning til ca. 17 %-vol i dansk naturgas. 1.7 Odoranttilsætning Ifølge Gasreglementets afsnit C-12 /1/ skal en person med normal lugtesans kunne spore en gasluftblanding i en koncentration svarende til højst 20 % af gassens nedre eksplosionsgrænse. Odoranttilsætning skal ifølge Gasreglementet ske i henhold til /5/, hvor det gælder, at odorantkoncentrationen, c, skal være K c mg / m n 0,2 UZG hvor: K = konstant for den givne odorant. I Danmark anvendes p.t. odoranten THT, og K er 0,08. UZG = nedre eksplosionsgrænse, dvs. ca. 4 %.

58 DGC-rapport 11 Som anført i Afsnit 1 betyder tilsætning af brint til naturgas et forøget antændelsesområde. Dette skyldes primært, at øvre eksplosionsgrænse for brint er ca. 5 gange højere end for naturgas. Nedre eksplosionsgrænse er omtrent ens for naturgas og brint, og det betyder, som Figur 2 viser, at nedre eksplosionsgrænse er næsten uafhængig af brintindholdet. Dermed vil brinttilsætning ikke kræve ændringer af odoranttilsætning på grund af ændringer i eksplosionsgrænsen. Da brint for samme energiflow kræver ca. tre gange større volumenstrøm ved uændret tryk og hastighed, vil der alt andet lige skulle tilsættes en øget odorantmængde pr. energimængde. Det er i øvrigt ikke afdækket, hvorvidt der også siver odorant ud, når der opstår brintlækager. Det skønnes, at for små lækager kommer der IKKE odorant ud, da molekylstørrelsen for odorant er væsentligt større end for hydrogen. Brinttilsætning kan dog tænkes at medføre kemiske ændringer af odorantstoffet og dettes lugtegenskaber. Leverandøren af den p.t. anvendte odorant (THT), Rode & Rode, oplyser, at ifølge producenten Philips Petroleum er THT fuldstændig inert over for brint. Da brint brænder med en usynlig flamme, bør det overvejes at tilsætte en illuminant. Det vil dog formentlig kun være aktuelt ved store brintandele eller ren brintdrift. 1.8 Korrosion Brint kan i forbindelse med højstyrkestål medføre brintskørhed og dermed stærkt forøget risiko for brud. For at undgå problemet skal man holde sig under 2 %-vol. brint i naturgassen. Problemet er især kendt for ståltanke til gasdrevne køretøjer. For at spare vægt er ståltanke typisk udført i stål med en trækstyrke (UTS) over 950 MPa./7/ 1.9 Sammenfatning Tabel 1 sammenfatter de begrænsninger for brinttilsætning, som er beskrevet i dette afsnit:

59 DGC-rapport 12 Tabel 1 Anvendelsesmæssige begrænsninger for brinttilsætning beregnet for dansk naturgas med gennemsnitlig sammensætning 2013 Øvre grænse Begrænsning (%-vol H 2 i naturgas) Ca. 1-2 % Drifts/sikkerhedsproblemer for gasmotorer, gasturbiner og CNG-ståltanke med brudstyrke over 950 MPa. 12 % Maksimalt tilladte andel i DVGW 260 /6/. Ca. 16 % Naturgassens relative densitet falder uden for definitionsområdet for 2. gasfamilie. Ca. 17 % Naturgassens Wobbeindeks falder uden for det i Gasreglementet tilladte normalområde.

60 DGC-rapport Referencer 1. Gasreglementets afsnit C-12A. Bekendtgørelse nr af 14. december Sikkerhedsstyrelsen (Erhvervs- og Vækstministeriet). 2. K. Hedden, W. Leuckel, F. Frimmel: Expertise on the Admixture of Hydrogen to Natural Gas Distributed in the Supply System of HGW; DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Universität Karlsruhe, Karlsruhe, June 27, Naturgashandbok; Sydgas AB, p. 179 ff; U. Bünger, T. Schmalschläger, W. Zittel: Durchführbarkeitsstudie für einen räumlich begrenzten H 2 -Einsatz im Versorgungsgebiet der Stadtwerke München - H 2 -Projekt, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH; Oktober DVGW: Gasodorierung. Technishe Regeln, Arbeitsblatt G280-1: DVGW Technische Regeln. Arbeitsblatt G260, Gasbeschaffenheit. Eschborn, März Admissible Hydrogen Concentrations in Natural Gas Systems. GERG project. Oct

61 WP 1.4 Kritiske komponenter ved naturgas/brint drift En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr November 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

62 WP 1.4 Kritiske komponenter ved naturgas/brint drift En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2014

63 Titel : WP 1.4 Kritiske komponenter ved naturgas/brint drift Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\his\wp 1.4 Identifikation af kritiske komponenter ved naturgas-brint drift docx Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

64 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning Problemformulering Kritiske komponenter mht. lækage eller driftssikkerhed Rørsamlinger Pakgarnsamlinger Flangesamlinger Pressfittings Elektromuffesamlinger (plastrørssamlinger) Pakninger i armaturer Ventiler Sikkerhedsventiler Regulatorer Gasmålere Rotationsflowmålere (fx Elster) Turbinemålere Naturgas/brint-blandingsanlægget Gasdetektorer Gasforbrugende udstyr Kedler Komfurer... 5 Bilag

65 DGC-rapport 2 1 Indledning I projektet forsynes et afgrænset (bolig) område med naturgas iblandet op til 20 % vol. H 2. Gasreglementet kræver, at der kun anvendes komponenter, der er godkendt til formålet, dvs. de gasser med tilhørende kravsspecifikation, som godkendelsen omfatter. Alle nuværende komponenter i gasforsyningen frem til og med slutbrugeren er ikke godkendt til drift med naturgas/brint. For enkelte komponenter foreligger der godkendelser til ren brintdrift, og for enkelte andre komponenter foreligger der udtalelser fra fabrikanter om, at de vurderer, at de respektive komponenter er anvendelige til brintdrift dog uden at man har gennemført certificerede prøvninger til underbyggelse heraf. I projektet forudsættes, at der opnås dispensation til forsøgsdrift i en afgrænset periode, baseret på en række undersøgelser og test af de eksisterende anvendte komponenter. 2 Problemformulering Alle anvendte komponenter skal opdeles i komponenter, der uden problemer kan anvendes, og komponenter, der skal undersøges nærmere, altså kritiske komponenter. Det skal vurderes, om de skal udskiftes eller justeres og afprøves for godkendelse til forsøgsdrift. 3 Kritiske komponenter mht. lækage eller driftssikkerhed Baseret på de hidtidige erfaringer (altovervejende) i Europa (Naturalhy, DGC-projekter, HIPS osv.) ved vi, at følgende komponenter skal tjekkes. 3.1 Rørsamlinger Pakgarnsamlinger Pakgarnsamlinger findes vidt udbredt. Problemet er gevindet, som indeholder skarpe furer, der er vanskelige at tætne effektivt for brint. Erfaringen har vist, at visse typer salve er mere tæt over for brint end andre. Erfaringen har endvidere vist, at der går nogen tid, før brintlækager viser sig. Det skal

66 DGC-rapport 3 overvejes, om man på forhånd skal ompakke garnsamlinger med anvendelse af optimalt brintkompatibelt garn/garnsalve Flangesamlinger Flangesamlinger er principielt udmærkede over for brintudslip. De normalt anvendte i naturgasindustrien har ved lave tryk under 5 bar vist sig i de fleste tilfældeat holde tæt. Eventuelle utætheder vil ofte kunne klares nye pakninger af uændret type. I visse tilfælde kan det være nødvendig med planing af flanger Pressfittings Ifølge HMN anvendes fx fittings af fabrikat Gerberit, hvor der angives forskellig paktyper til metan og hydrogen. Formentlig vil den type, der foreskrives til hydrogen, kunne anvendes til metan Elektromuffesamlinger (plastrørssamlinger) Der er eksempler på, at visse batches af denne samlingstype (Frialen) var utæt i 50 % af alle samlinger med hydrogen, men tæt med nitrogen/naturgas. Udskiftning er påkrævet. 3.2 Pakninger i armaturer Der anvendes mange typer pakninger, som fx o-ringe og flade pakninger. Pakningsmateriale bør tjekkes for brintkompatibilitet. 3.3 Ventiler Et stort område, hvor hver type bør vurderes for sig. Som udgangspunkt bør man tjekke, om paktypen er kompatibel med brint. 3.4 Sikkerhedsventiler Erfaringer fra DGC s haveprojekt har vist, at der i 4 bar nettet kan være problemer med ventiler, der efter nogen tid begynder at lække lidt. Udskiftning eller højere indstillingstryk bør overvejes. Indstillingstrykket ligger lidt over det normale driftstryk og bestemmer, hvornår sikkerhedsventilen letter trykket i gassystemet. Ofte er der ret snævre grænser for, hvor meget dette

67 DGC-rapport 4 kan hæves, idet visse sikkerhedsfaktorer (mht. spændinger i konstruktionen) skal overholdes. 3.5 Regulatorer Visse regulatorer er forsynet med udluftning, der har vist sig at kunne give problemer med brint. Der skal fortages en konkret vurdering af de aktuelle typer. 3.6 Gasmålere Rotationsflowmålere (fx Elster) Rotationsflowmålere kan være godkendt til brintdrift. Fx er visse typer anvendt i HMN s net godkendt til brint Turbinemålere Fx G100 fra Elster har vist sig at lække lidt fra nåleventil i integreret oliereservoir. Dette er konstruktivt betinget og kan ikke fjernes. Det anses ikke for væsentligt. Erfaringen har vist, at det mindste målbare flow øges lidt ved brintdrift, men for små volumenandele brint ventes dette at være uden betydning. 3.7 Naturgas/brint-blandingsanlægget Dette anlæg er sikkerhedskritisk, idet væsentlige afvigelser i blandingsforholdet kan give drifts- og sikkerhedsproblemer hos slutbrugerne. 3.8 Gasdetektorer Det anbefales at anvende gasdetektorer, der kun fokuserer på brint. Der henvises fx til en standard ISO 26142:2010 Hydrogen detection apparatus Stationary applications. 3.9 Gasforbrugende udstyr Kedler Alle kedelmodeller, der indgår i demonstrationen, bør laboratorietestes og læktestes for naturgas/brint-drift, før de anvendes hos slutbruger.

68 DGC-rapport Komfurer Alle modeller, der indgår i demonstrationen, bør laboratorietestes og læktestes for naturgas/brint-drift, før de anvendes hos slutbruger.

69 WP WP WP 2.7 Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr Maj 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

70 WP WP WP 2.7 Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2015

71 Titel : WP WP WP 2.7 Myndighedskrav ved brinttilsætning til naturgassystemet Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\wp 1.5 og wp 2.3 og 2.7 Myndighedskrav ved hydrogentilsætning fra naturgassystemet docx Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

72 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Baggrund og tidligere erfaringer Relevante myndigheder og bemyndigede organer/ notified bodies Myndighedskrav Arbejdstilsynet Sikkerhedsstyrelsen Arbejdstilsynet eller Sikkerhedsstyrelsen eller begge? Beredskabsstyrelsen Kommunen Bemyndigede organer (eksempler) Dansk Gasteknisk Center (DGC) Force Technology og Jebru Det lokale gasdistributionsselskab Godkendelse af projekt og installationer Generelt Risikoanalyse Installationskrav Kommunen Gasforsyningsselskab Arbejdstilsyn eller bemyndiget organ Nødberedskabsplan Generelt Brintudslip Brandslukning Lovgrundlag EU-direktiver Gasapparatdirektivet 2009/142/EC (GAD) Trykudstyrsdirektivet 97/23/EC (PED) Elektromagnetisk kompatibilitetsdirektiv 2004/108/EF (EMC) Maskindirektivet 2006/42/EC Lavspændingsdirektivet 2006/95/EC Direktiv om materiel i eksplosive atmosfærer 94/9/EC (ATEX-direktivet) Nationale forskrifter og tilhørende vejledninger Bygningsreglement (BR)... 11

73 DGC-rapport Luftvejledning (Miljøstyrelsen) Gasreglementet (GR) Bekendtgørelse om Gasreglementets afsnit C-12, bestemmelser om gaskvaliteter Sikkerhedsstyrelsens vejledning om installation af brintforbrugende anlæg (version juni 2011) Bekendtgørelse om tekniske forskrifter for gasser (Bek. nr. 230 fra 2011) Vejledning til tekniske forskrifter for gasser (Vejledning nr ) Vejledning om klassifikation af eksplosionsfarlige områder Nationale implementeringer af direktiver Myndighedskrav i det konkrete projekt Indledning Gasprojekt WP 2.7 Aftaler med SIK om krav til sikkerhedsteknisk driftsovervågning Slutbrugerinstallation (fx kedler eller komfurer) WP 2.3 Forslag til sikkerhedsmæssigt testprogram/ kontrolprogram for naturgas/brintledningsanlæg og måler/regulatorstation, blandeanlæg og slutbrugerinstallationer PE-ledninger Måler- og regulator- samt naturgas/brintblandeinstallationer Slutbrugerinstallationer... 17

74 DGC-rapport 3 1 Baggrund og tidligere erfaringer Indblanding af brint i naturgasnettet er ikke tidligere forsøgt i Danmark. Det er dog tidligere sket i Holland (Ameland-projektet gennem tre år op til 20 % vol. H 2 ) og i Tyskland (Klanxbüll lige syd for grænsen til Danmark, hvor det p.t. foregår med op til 10 % vol. H 2 ). Begge steder har forsøgene forløbet helt uden problemer. I Danmark har man tidligere gennemført forsøgsprojekter med ren brintdistribution ud til boliger i forbindelse med brændselscelledemonstrationsprojekter (Herning og Vestenskov). I begge tilfælde har man anvendt distributionsnet med samme type polymerrør (PE 100), samlinger og komponenter, som anvendes til naturgasnet. For de specifikke typer komponenter, der har været anvendt, har man dog fået testet og godkendt disse til den aktuelle anvendelse. I forbindelse med det store EU-projekt Naturalhy ( ) er der i DGC s laboratorium gennemført forsøg med nye kondenserende villakedler fra Vaillant og Bosch med præ-mix-brændere samt forsøg med en ældre Vaillant VC182 med partiel præ-mix-brænder. Der gennemførtes forsøgsdrift i ca. fire måneder ved varierende last og hyppig start-stop. HMN gennemførte efterfølgende field -test i et års tid med en kedel og et komfur opstillet i deres udstillingslokaler. Kedelforsøgene viste, at op til 45 % vol. H 2 ikke gav problemer. For komfuret var stabil drift mulig op til ca. 40 % vol. H 2.

75 DGC-rapport 4 2 Relevante myndigheder og bemyndigede organer/ notified bodies 2.1 Myndighedskrav Myndighedskravene kan opdeles i: Krav, der gælder for selve det gasforbrugende anlæg. Disse krav vil typisk være håndteret via en CE-certificering af enheden. Krav til indretning og drift på opstillingsstedet Arbejdstilsynet Arbejdstilsynet vil primært være involveret omkring maskindirektivet og trykdirektivet, dvs. i praksis de relaterede danske bekendtgørelser. Ofte vil disse aktiviteter være håndteret af bemyndigede organer, som fx Force Technology Sikkerhedsstyrelsen Sikkerhedsstyrelsen står bag Gasreglementet og håndterer i samarbejde med lokale (bemyndigede) gasselskaber kontrol og godkendelse af gasinstallationer. Afhængigt af Trykniveau Gastype Komponenttype. er enten Sikkerhedsstyrelsen eller Arbejdstilsynet eller begge instanser (deres bemyndigede organer) involveret i en godkendelse, se nedenfor Arbejdstilsynet eller Sikkerhedsstyrelsen eller begge? Nedenfor er forsøgt udarbejdet en oversigt over forholdene med hensyn til anlæg med naturgas eller brint. Oversigten baserer sig delvis på foreløbigt materiale præsenteret på en konference i foråret 2012 af Sikkerhedsstyrelsen. Materialet er, så vidt vides, ikke endeligt afhandlet med Arbejdstilsynet og må derfor kun betragtes som en indikation af fremtidens forventede relationer mellem Sikkerhedsstyrelsen og Arbejdstilsynet inden for området.

76 DGC-rapport 5 Det bemærkes, at naturgassystemer allerede fra tryk over 100 mbar medfører involvering af Arbejdstilsynet. Brintbærende anlæg medfører først involvering af Arbejdstilsynet ved tryk over 500 mbar. < 100 mbar: Naturgasdistributionssystemer godkendes af Sikkerhedsstyrelsen (SIK) iht. Gasreglementet (GR). > 100 mbar: Naturgasanlægs trykbærende dele skal iht. Bek. 414:1988 godkendes af Arbejdstilsynet (AT). < 500 mbar: Brintbærende anlæg skal godkendes efter GR iht. ny (medio 2012) samarbejdsaftale mellem SIK og AT. > 500 mbar: Brintbærende anlæg skal godkendes efter GR og AT iht. ny (medio 2012) samarbejdsaftale mellem SIK og AT. < 16 bar: Naturgasstikledninger og forbrugerinstallationer skal godkendes efter GR. > 16 bar: Naturgasstikledninger og forbrugerinstallationer skal godkendes af AT. Som nævnt er ovenstående regler refereret fra en præsentation af foreløbigt materiale. Nærmere oplysninger om aftalen mellem AT og SIK fås ved henvendelse til disse myndigheder Beredskabsstyrelsen For større gaslagre skal Beredskabsstyrelsen foretage godkendelse. For mindre gaslagre er det det kommunale redningsberedskab, der godkender. Konkret ved hvilke grænser der skilles, er anført i vejledning 15. Se kapitel Kommunen Som nævnt håndterer de kommunale redningsberedskaber/brandberedskaber godkendelse af mindre gaslage. Kommunen håndterer herudover eventuel byggesag og miljøgodkendelse. 2.2 Bemyndigede organer (eksempler) Dansk Gasteknisk Center (DGC) DGC er af SIK bemyndiget/akkrediteret til at teste, kontrollere dokumentation og certificere/godkende apparater iht. gasapparatdirektivet (GAD, Gas

77 DGC-rapport 6 Appliances Directive) (2009/142/EC) og kedelvirkningsgradsdirektivet (BED, Boiler Efficiency Directive) (92/42/EEC) Force Technology og Jebru Force og Jebru er af AT bemyndiget til at teste, kontrollere dokumentation og certificere/godkende anlæg iht. trykudstyrsdirektivet (PED, Pressure Equipment Directive) (97/23/EC) Det lokale gasdistributionsselskab Gasdistributionsselskaberne varetager normalt på vegne af SIK myndighedsgodkendelser i relation til GR, herunder den supplerende vejledning om installation af brintforbrugende anlæg. Da brintbærende anlæg uden for procesindustrien stadig er forholdsvis nyt, vil SII ofte direkte medvirke i processen.

78 DGC-rapport 7 3 Godkendelse af projekt og installationer 3.1 Generelt Generelt gælder, at man så tidligt som muligt i projektforløbet bør tage kontakt til relevante myndigheder for at drøfte projektet. Visse godkendelsesforløb kan ofte være bestemmende for, hvornår et anlæg kan idriftsættes, dvs. at godkendelsen kan være den længstvarende aktivitet. Det ses især ved større kraftværksprojekter, men også projekter med væsentligt gasoplag kan have et langstrakt godkendelsesforløb. En af fordelene ved tidligt at koble myndighederne ind på projektet, er at deres krav ofte er billigere at inkorporere på dette tidspunkt, hvor meget endnu er åbent, og fx hovedkomponenter ikke er ordret. 3.2 Risikoanalyse Myndighederne stiller generelt krav om, at en installation er sikker både for driftspersonale og omgivelser. Til eftervisning heraf vil en systematisk risikoanalyse af installationen som regel være et effektivt værktøj. Systematisk risikoanalyse er oprindeligt udviklet til anvendelse i forbindelse med større potentielt risikable anlæg, som visse procesanlæg og atomkraftværker. Efterhånden er de blevet mere almindelige. Fx er det et krav i maskindirektivet, at der skal udføres risikoanalyser. En analyse kan dog udføres på mange niveauer og i forskellige faser af et projektforløb. En typisk fremgangsmåde kunne være: Man udfører en indledende analyse af designet og finder herved ofte nogle svagheder, hvor designet skal ændres. Herefter udføres en fornyet analyse osv. frem til det endelige design. Ligeledes udføres risikoanalyser af driftsforhold som opstarts- og nedlukningsprocedurer samt analyser af nødprocedurer. I rigtige risikoanalyser sættes vurderede sandsynligheder på alle tænkelige hændelser, og der opstilles risikotræer for mulige hændelsesforløb, hvor der kan beregnes sandsynligheden for en vilkårlig hændelse. Ud fra krav til, hvor stor en risiko der kan accepteres (fx for en alvorlig ulykke på et a- kraftværk), ændres og genberegnes på systemet, indtil ingen hændelser har en sandsynlighed, der overstiger den ønskede værdi.

79 DGC-rapport 8 For mindre og enklere anlæg anvendes ofte en mere enkel analyse, hvor man undlader at sætte (spekulative) sandsynligheder på hændelserne, og derfor heller ikke regner på de kombinerede sandsynligheder. 3.3 Installationskrav Installationskrav vil komme fra følgende instanser Kommunen Byggetilladelse Miljøgodkendelse Brandberedskab: Brandberedskabet stiller krav til zoneklassificering, brandmæssig indretning og gasoplag. Endvidere kræves en nødberedskabsplan udarbejdet Gasforsyningsselskab Dette kan være det lokale naturgasforsyningsselskab eller gasleverandør. Såfremt der er tale om lokalt produceret gas, vil producenten være ansvarlig iht. Gasreglementets (GR) særlige krav til gasleverandøren. Se kapitel vedr. opdeling mellem gasleverandør og Arbejdstilsynet (AT) Arbejdstilsyn eller bemyndiget organ Ud over arbejdsforhold håndterer AT krav relateret til overholdelse af maskindirektivet, trykdirektivet og ATEX-direktivet. Der henvises til relaterede danske bekendtgørelser. 3.4 Nødberedskabsplan Generelt Nødplaner og procedurer bør udarbejdes i samarbejde med det lokale brandberedskab. Organisering af internt nødberedskab bør foretages, ligesom øvelser jævnligt bør foretages.

80 DGC-rapport Brintudslip Man skelner mellem små lækager og store lækager. Små lækager defineres som lækager, der umiddelbart vurderes som uskadelige. Der bør dog ligge på forhånd fastlagte procedurer for afhjælpning. Større lækager kræver tiltag som: Afbrydelse af brinttilførslen Evakuering af området Tilkaldelse af brandvæsen. Hvis fx en gasbeholder lækker, bør man ikke forsøge tætning, men i stedet om muligt flytte beholderen ud i det fri, hvor den tømmes, før afhjælpning af utætheder forsøges Brandslukning En brintbrand bør normalt ikke forsøges slukket, før brinttilførslen er stoppet. Der er nemlig stor fare for genantændelse eller eksplosion. Vand, CO 2 eller pulverslukkere kan bruges. Pulverslukkere har den fordel, at de gør flammerne mere synlige. Brand i en brintbeholder bør kun forsøges slukket, såfremt den er placeret i et åbent eller stærkt ventileret område uden potentielle antændelseskilder. Normalt bør man ikke forsøge at flytte en brændende cylinder, men alene nedkøle omgivelserne med vand.

81 DGC-rapport 10 4 Lovgrundlag 4.1 EU-direktiver Følgende direktiver er typisk relevante for stationære brint eller brændselscelleprojekter: Gasapparatdirektivet 2009/142/EC (GAD) Gasapparatdirektivet gælder for gasfyrede apparater uafhængigt af gaskvalitet og type. Dvs. direktivet gælder også for rent brintfyrede anlæg. Dog skal der være tale om apparater til kogning, opvarmning, varmvandsproduktion, køling, belysning eller vask. For brændselscelleanlæg skal der være tale om anlæg til kraftvarme. Det skal bemærkes, at apparater til industrielt procesbrug i industrien ikke er omfattet af gasapparatdirektivet. Der arbejdes p.t. på at udvide gyldighedsområdet for GAD, så også anlæg, der ikke anvendes til varmeproduktion, skal overholde GAD. Hidtil har disse anlæg været baseret på maskindirektivet. Baggrunden er, at de fleste gastekniske sikkerhedsproblematikker er ens for både varme- og ikkevarmeproducerende anlæg. For brændselscelleanlæg til kraftvarmedrift med under 70 kw indfyret effekt findes de væsentligste krav i standarden EN Se mere i afsnittet vedr. standarder. GAD indtager i øvrigt en særstilling, idet alle øvrige krav til apparatet fra andre relevante direktiver er integreret heri. Det betyder, at opfylder et apparat GAD, vil alle øvrige relevante direktiver være overholdt Trykudstyrsdirektivet 97/23/EC (PED) Trykudstyrsdirektivet vil være relevant for mindre procesanlæg som elektrolyseanlæg og reformeranlæg såvel som tankanlæg. Afhængigt af tryk og tryksat volumen i anlægget stilles større eller mindre krav til dokumentation af anlægget.

82 DGC-rapport Elektromagnetisk kompatibilitetsdirektiv 2004/108/EF (EMC) For de gasapparater, der er omfattet af GAD, gælder, at EMC-krav som nævnt er integreret i GAD. EMC-direktivet kræver ikke ekstern verifikation af, hvorvidt direktivets krav er overholdt. Da der er tale om ret kompleks teknologi og ret investeringstunge testopstillinger, vurderer mange fabrikanter, at det ikke kan betale sig at investere heri, og derfor vælger de at anvende eksterne konsulententer til assistance omkring EMC-direktivet Maskindirektivet 2006/42/EC Maskindirektivet er relevant for alle brint- og brændselscelleanlæg, der ikke er omfattet af GAD Lavspændingsdirektivet 2006/95/EC Dette direktiv gælder for eludstyr med en spænding på VAC eller VDC. Såfremt der er tale om udstyr, der er dækket af GAD, vil forhold omkring lavspændingsdirektivet internt i apparatet, som tidligere nævnt, være indeholdt i GAD Direktiv om materiel i eksplosive atmosfærer 94/9/EC (ATEXdirektivet) Direktivet er relevant, hvor der kan opstå en potentielt eksplosiv atmosfære, dvs. der er Brændbar gas Ilt Temperatur fra C og et tryk omkring 1 baro (0,8-1,1 baro) Mulighed for, at flammefronten fra antændt gas kan brede sig til hele den brændbare gas. Såfremt der er tale om udstyr, der er dækket af GAD, vil ATEX-forhold internt i apparatet, som tidligere nævnt, være indeholdt i GAD. 4.2 Nationale forskrifter og tilhørende vejledninger Bygningsreglement (BR) Bygningsreglementet omhandler krav til

83 DGC-rapport 12 Indretning Konstruktion Brandforhold Indeklima Energiforbrug Installationer Luftvejledning (Miljøstyrelsen) Luftvejledningen redegør i detaljer for emissionskrav for anlæg af forskellige typer, størrelser og brændsler. Vejledningen redegør fx for BAT-princip Beregning af skorstenshøjde Kontrolregler og metoder. For gasfyrede anlæg under 120 kw indfyret (v. nedre brændværdi) henvises til Gas- og Bygningsreglementerne. Større anlæg behandles i Luftvejledningen Gasreglementet (GR) Gasreglementet beskriver krav til design og indretning af installationen. Fx Materialevalg Samlingstyper Ventilationsforhold Afgasforhold Afløbsforhold Systemopbygning Afstandskrav. Specielt henledes opmærksomheden på det nye afsnit af GR C12, bestemmelser om gaskvaliteter. Dette afsnit indeholder krav til brint, der tilsættes gasnettet. C12 er udmøntet i bekendtgørelse nr af 14/

84 DGC-rapport Bekendtgørelse om Gasreglementets afsnit C-12, bestemmelser om gaskvaliteter Som nævnt indeholder C-12 krav til brint, der tilsættes gasnettet. Der angives intet om, hvor stor en koncentration der tillades, ud over at dette fastsættes fra sag til sag af Sikkerhedsstyrelsen. I den forbindelse vil der kunne påregnes skærpede krav til overvågning af brintlækage ved gasinstallation hos slutkunder samt distributionsnet og brint/naturgas-blandeanlæg. Dette rapporteres særskilt. Sagen er, at hverken gasnet eller gasforbrugende anlæg er godkendt til drift med brint. De er godkendt til drift med en eller flere af de tre gasfamilier 1., 2. og 3., svarende til henholdsvis bygas, naturgas og flaskegas, og afprøvet med testgasser iht. DS/EN 437, såfremt de er nyere end Blandt disse testgasser er der gasser, der indeholder op til 23 % vol. H 2, men da testen kun forløber ca. 15 minutter, kendes derved intet om langtidsvirkninger af blandingsgasdrift med naturgas/brint Sikkerhedsstyrelsens vejledning om installation af brintforbrugende anlæg (version juni 2011) Der er tale om en supplerende vejledning i forhold til GR, der konkret henviser til relevante dele af GR. Herudover oplyses også om anden relevant lovgivning for brintforbrugende anlæg. Længere tids uklarhed, mht. hvilke grænser der gælder for, hvornår SIK/GR eller AT skal involveres, er i øjeblikket ved at blive afdækket. Der henvises til kapitel Bekendtgørelse om tekniske forskrifter for gasser (Bek. nr. 230 fra 2011) Denne bekendtgørelses krav er uddybet i nedennævnte vejledning, som det anbefales at tage udgangspunkt i Vejledning til tekniske forskrifter for gasser (Vejledning nr ) Vejledningen samler og forklarer en lang række tidligere forskrifter og bekendtgørelser om opbevaring af gasser. Fx udformning af lagerrum, ventilation, brandforhold og afstandskrav.

85 DGC-rapport Vejledning om klassifikation af eksplosionsfarlige områder Klassifikation af eksplosionsfarlige områder er væsentlig, da krav til udstyr og indretning og drift varierer stærkt efter hvilken klasse et område klassificeres som. Vejledning indeholder bl.a. en lang række vejledende eksempler på klassificering Nationale implementeringer af direktiver For de i kapitel 4.1 nævnte direktiver forligger der tilsvarende nationale implementeringer.

86 DGC-rapport 15 5 Myndighedskrav i det konkrete projekt 5.1 Indledning I projektet forsynes et afgrænset (bolig)område med naturgas iblandet op til 20 % vol. H 2. Gasreglementet kræver, at der kun anvendes komponenter, der er godkendt til formålet, dvs. de gasser med tilhørende kravsspecifikation, som godkendelsen omfatter. Alle nuværende komponenter i gasforsyningen frem til og med slutbrugeren er ikke godkendt til drift med naturgas/brint. I projektet forudsættes, at der opnås dispensation til forsøgsdrift i en afgrænset periode med skærpet overvågning, baseret på tidligere undersøgelser og succesfulde demonstrationsprojekter med anvendelse af de eksisterende naturgasdistributionsnet. Se kapitel Gasprojekt Som en del af dokumentationen til Sikkerhedsstyrelsen udarbejdes et såkaldt gasprojekt, der skal indeholde følgende elementer: Projektbeskrivelse Systemopbygning PID-diagram Sikkerhedssystembeskrivelse Detekteringsgrænser for sikkerhedsdetektorer Drift og vedligehold. 5.3 WP 2.7 Aftaler med SIK om krav til sikkerhedsteknisk driftsovervågning Slutbrugerinstallation (fx kedler eller komfurer) Selvom gassen indeholder odorant, vurderes eventuelle gaslækager i forsøgsprojektet udelukkende at bestå af brint, der er lugtfrit. Brintlækager, der ikke skyldes egentligt rørbrud eller lignende materialebrister, vil derfor ikke detekteres i en normal installation, idet de ikke kan lugtes. Krav til installation af brintdetektor umiddelbart over brugerinstallation. Placeres, så lækager integreres i målepunktet.

87 DGC-rapport 16 Detekteres brint i bare en installation (detektionsgrænse 5 % af LEL), lukkes automatisk for brintindblanding til samtlige installationer umiddelbart efter afgang fra H 2 -flaskelager. Ventilation til det fri skal sikres i dimension mindst 100 x 100 mm iht. GR B WP 2.3 Forslag til sikkerhedsmæssigt testprogram/ kontrolprogram for naturgas/brintledningsanlæg og måler/regulatorstation, blandeanlæg og slutbrugerinstallationer I det følgende er udarbejdet et forslag til aftale med SIK. Forslaget er baseret på tidligere aftale vedr. Herning-projektet og Vestenskov-projektet, hvor brint skulle distribueres ud til en række slutbrugerinstallationer via PE-net og i Vestenskov til dels også stålnet. Generelt startes med et højt kontrolniveau i begyndelse af driftsfasen, som så gradvist aftrappes, efterhånden som pålideligheden til ledninger og udstyr styrkes. Før idriftsættelse testes hele systemet sektionsvis, inklusive slutbrugerinstallationer, med formiergas for lækage af brint. Eventuelle umiddelbare lækager afhjælpes før idriftsættelse PE-ledninger Umiddelbart efter idriftsætning af nye PE-ledninger foretages lækagesøgning. Lækagesøgning på PE-ledninger, inkl. stik, foretages herefter hvert år. Lækagesøgning på særlige udsatte ledninger foretages hver 6. måned. Jordventiler inspiceres en gang hvert år Måler- og regulator- samt naturgas/brintblandeinstallationer Lækagesøgning på måler- og regulatorinstallationer og blandeinstallationer udføres med følgende intervaller: Første uge efter idriftsættelse: min. to kontrolbesøg. Efter første uge og indtil en måned efter idriftsættelse: min. et kontrolbesøg pr. uge.

88 DGC-rapport 17 Herefter i de følgende 11 måneder: min. et kontrolbesøg pr. måned. Efter 1 års drift og fremover: min. to kontrolbesøg pr. år. Kontrolomfanget vurderes løbende på basis af de indhøstede erfaringer i samarbejde med SIK. Såfremt der i installationer påvises væsentlige utætheder, skal der i samråd med SIK aftales ændringer i kontrolprogrammet. Ved overgravninger følges gasselskabets anvisninger; dog lukkes der for brinttilførslen ved nærmeste ventil ved flaskelager Slutbrugerinstallationer Lækagesøgning på slutbrugerinstallationer udføres med følgende intervaller: Første uge efter idriftsættelse: min. to kontrolbesøg. Efter første uge og indtil 1 måned efter idriftsættelse: min. et kontrolbesøg pr. uge. Herefter i de følgende 11 måneder: min. et kontrolbesøg pr. måned. Efter 1 års drift og fremover: min. to kontrolbesøg pr. år. Kontrolomfanget vurderes løbende på basis af de indhøstede erfaringer i samarbejde med SIK. Såfremt der i installationer påvises væsentlige utætheder, skal der i samråd med SIK aftales ændringer i kontrolprogrammet. Ved overgravninger følges gasselskabets anvisninger; dog lukkes der for brinttilførslen ved nærmeste ventil ved flaskelager.

89 WP 1.6 Gasnettet som VE-lager En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager. EUDP J.nr August 2016

90 Energinet.dk WP 1.6 Gasnettet som VE-lager Vurdering af tekniske og økonomiske muligheder En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager. Jesper Bruun Dok. 14/ /24

91 Energinet.dk Titel : WP 1.6 Gasnettet som VE-lager Undertitel : Vurdering af tekniske og økonomiske muligheder Forfatter : Jesper Bruun Dato for udgivelse : 12. august 2016 Copyright : Energinet.dk Dok. 14/ /24

92 Energinet.dk Indhold 1. Scope for denne arbejdspakke Baggrund Forudsætninger Afgrænsning Tekniske vurderinger af scenarier Gaskvalitet Naturgas Bionaturgas Brint Teknologier til elektrolyse Metanisering Gas fra termisk forgasning Syntesegas Forbrugsapparater Gasnettet Opgraderet biogas i nettet Dynamik i nettet Nabolande Produktion, lagring og tilførsel af brint Placering af produktion Dynamik i elektrolyse og lagring af gas Lokale net med egen gaskvalitet Konvertering mellem net med forskelig gaskvalitet Injektionsfaciliteter Samspil mellem injektion og gasnettet Layout for injektionsfaciliteter Måling af gaskvalitet Samtænkning af energisystemer Gasmarked Gassystemets relation til øvrige energisystemer Materialer og flydende brændsler Diskussion Opsummering Referencer Dok. 14/ /24

93 Energinet.dk Gasnettet som VE-lager WP Scope for denne arbejdspakke Arbejdspakken er en del af det EUDP støttede projekt Gasnettet som VE-lager med DGC som projektleder. Arbejdspakken belyser gassystemets muligheder for at absorbere brint og metaniseret gas, samt de relevante tekniske og økonomiske aspekter for realisering af dette. 2. Baggrund I fremtiden vil der i mindre grad være overensstemmelse mellem elproduktionen og forbrug, dette skyldes fluktuerende energikilder så som vind og sol. Integrationen af vedvarende energikilder gør det svære at kontrollere elproduktionen, som til enhver tid skal være i balance med elforbruget. Én af fremtidens løsningsmuligheder er Power to Gas begrebet (P2G). P2G er en måde at konvertere elektrisk energi til gas. Selvom P2G teknologien har mange fordele og med stor sandsynlighed vil blive en del af fremtidens energisektor, står P2G stadig overfor udfordringer, både teknologiske, men i særdeleshed økonomiske. P2G er på nuværende tidspunkt baseret på to processer, elektrolyse og metanisering. Figur 1 viser, hvordan El- og gassektoren vil arbejde sammen ved P2G. Figur 1 Skitsering af integration af brint fra elektrolyse i gasnettet [Energinet.dk] 2.1 Forudsætninger Dansk energipolitik er en væsentlig ramme for udviklingen af gassystemet herunder introduktion af nye gasser. Rapporten omkring gasinfrastrukturen, som var en af de analyser, som blev aftalt ved indgåelse af Energiaftalen 22. marts 2012, adresserer gassystemets behov for at kunne håndtere nye gasser direkte. Fremover skal gassystemet i stigende grad håndtere udsving i produktionen af gas fra Nordsøen og fra øgede mængder biogas og elektrolysegas mv [1]. Dok. 14/ /24

94 Energinet.dk 2.2 Afgrænsning Da der er i projektets øvrige rapporter er kigget konkret på både anvendelsessiden, gasnettet og de sikkerhedskritiske parametre vil denne rapport fokusere på mulighederne for samspillet mellem det eksisterende overordnede gasnet og nye VE gasser som brint fra elektrolyse, metaniseret gas med brint, forgasningsgas og syntesegas. En kritisk paramter for gassystemets evne til at håndtere nye VE gasser er gassens brintindhold. Da brint kan introduceres, som et restprodukt fra metanisering af CO 2 fra fx biogas med brint, vil scenarier med metanisering blive tænkt ind i analysen. Derudover tænkes også både syntesegas og forgasningsgas ind, da disse gasser kan få en vigtig rolle i energisystemet ved 100 % udfasning af fossil olie. 3. Tekniske vurderinger af scenarier 3.1 Gaskvalitet Naturgas Naturgassen, som produceres i den danske del af Nordsøen, tilhører 2. gasfamilie gruppe H som defineret i ISO/EN437. Kravene til gassens kvalitet i Energinet. dk s gastransmissionssystem, de danske gaslagre og de danske gasdistributionssystemer er givet i Gasreglementet afsnit C12 samt i Regler for Gastransport 1 bilag 1. Gasreglementets specifikation tillader forsyning af gas med wobbe indeks i intervallet 14,1 15,5 kwh/nm 3 (50,8 55,8 MJ/Nm 3 ). Gasreglementet tillader desuden særlig forsyning med gas med wobbe indeks mellem 13,9 og 14,1 kwh/nm 3 betinget af, at Sikkerhedsstyrelsen har godkendt en beredskabsplan for en målekampagne i tilfælde af forsyning af gas indenfor intervallet. Figur 2 Visualisering af forbrændingstekniske krav til gaskvalitet [Energinet.dk]. 1 Dok. 14/ /24

95 Energinet.dk Den danske nordsøgas er kendetegnet ved en meget ensartet sammensætning og gaskvalitet. Den danske naturgas har altid haft et højt wobbe-indeks i forhold til gassen i de omgivende systemer. Dette skyldes, at den danske gas indeholder relativt meget etan, propan og butan, som i Danmark ikke fjernes fra naturgassen. Gassen fra Tyskland tilhører ligeledes gruppe H. Dette gælder også fremadrettet, uanset om der bliver tale om fremtidig forsyning af norsk, tysk, hollandsk eller russisk gas, LNG eller en blanding heraf fra Tyskland Bionaturgas Opgraderet biogas ligner forbrændingsteknisk naturgas og består af en blanding af metan og CO 2. Opgraderet biogas har typisk en gaskvalitet, der ligger i den nedre ende af det tilladte variationsrum i Gasreglementet. I Gasreglementet fastsætter Sikkerhedsstyrelsen krav til gaskvalitet af opgraderet biogas, der skal fødes ind i gassystemet. Dette sikrer, at den opgraderede biogas, på lige fod med naturgassen, kan anvendes sikkert hos forbrugerne Brint Brint forekommer ikke naturligt i naturgas, men kan fremstilles fra vand ved elektrolyse. Det er i den sammenhæng værd at bemærke, at brint derfor er at betragte som en energibærer og ikke som en energikilde på linje med naturgas. Figur 3 Visualisering af forbrændingstekniske krav til gaskvalitet [Energinet.dk]. Egenskaberne for brint er væsentligt forskellige fra naturgas som det fremgår af Figur 3. Eksempelvis er energitæthed af naturgas ca. 3 gange så høj som brint, mens brint er 11 gange lettere end luft og ca. 8 gange lettere end naturgas. Dok. 14/ /24

96 Energinet.dk Teknologier til elektrolyse Der findes tre elektrolyseteknologier alkaline (AEL) -, polymer electrolyte membrane (PEM) - og solid oxide elektrolyse (SOEC), de to førstnævnte bruges i praksis, hvorimod SOEC stadig er på forskningsbasis. Grundprincippet ved elektrolyse er at spalte H 2 O til H 2 og O 2, dette gøres ved at tilføre elektricitet; følgende delreaktioner beskriver forløbet ( ) ½ +2 ( ) Dette medfører, at følgende reaktion sker via elektrolyse ( ) ( )+½ ( ) Elektrolyse har en effektivitet på %, alt efter hvilken af de tre metoder der benyttes. /8/ Økonomisk er der stor forskel på de tre teknologier, den ældste og mest benyttede teknologi er alkaline (AEL), men AEL har samtidigt en lavere effektivitet. Alle 3 teknologierne er skønnet til at blive billigere i fremtiden, grundet den teknologiske udvikling og ifølge prognoserne vil SOEC blive den økonomisk bedste teknologi i fremtiden. /7/ AEL kan foregå både ved atmosfærisk og forhøjet tryk. Effektiviteten er højst ved atmosfærisk tryk, men her kræves der større mængder energi til at komprimere brinten sammenlignet med AEL ved forhøjet tryk. AEL kan operere ved forskellige intensitetsniveauer fra 20 til 100 % af dens maksimale produktion. Dette gør, at AEL er velegnet til formål så som P2G, fordi P2G netop skal medvirke til at udjævne, den fluktuerende el produktion fra vind og sol. Det kan af økonomiske grunde være hensigtsmæssigt at lukke P2G produktionen ved situationer uden overskud af el dvs. med høj elpris. AEL har dog den ulempe, at et start up tager minutter. Den nyere teknologi PEM producerer en renere H 2, sammenlignet med AEL. PEM har også en hurtigere start up time. PEM opererer ved et tryk på mindre en 30 bar. Omkostninger ved vedligeholdelse for denne teknologi er også mindre end ved AEL. Ulempen ved PEM er den høje investeringspris. Den nyeste teknologi SOEC arbejder ved meget høje temperaturer, dette gør, at teknologien ikke har brug for en ligeså høj spænding sammenlignet med de to andre teknologier. Dette er teknologiens største fordel. Ydermere producerer SOEC bedst ved en stabil strømkilde./4/ Metanisering Som et alternativ til brint som energibærer kan brinten konverteres til metan, hvis der er en kulstofkilde, fx CO 2, til rådighed. CO 2 kan konverteres til metan ved enten en kemisk eller biologisk proces Kemisk metanisering kan foregå på to måder, steady state eller dynamisk. Ved steady state skal der være et konstant H 2 og CO 2 flow. H 2 produceres ved elek- Dok. 14/ /24

97 Energinet.dk trolyse og CO 2 kan fås fra industrielt brug eller være et restprodukt ved opgradering af biogas. Konstant flow kræver lagring eller en stabil CO 2 og H 2 produktion. En stabil H 2 produktion kræver en stabil el-forsyning, dette er ikke tilfældet for de vedvarende energikilder, derfor vil lagring af H 2 være en nødvendighed under steady state, hvilket har en høj omkostning. En løsning på denne problematik, kunne være en dynamisk drift af metaniseringsanlægget, hvor biogassen bliver opgraderet, via metaniseringen af CO 2 indholdet, ved lave elpriser (høj vindkraft) og bliver brugt direkte til kraftvarme ved høje elpriser (lav vindkraft). Ved denne driftsform kan den bekostelige lagring af brint undgås. En anden model er dynamisk produktion, hvor reaktoren skal kunne fungere ved forskellige flow af H 2 og CO 2. Varierende flow resulterer i store temperaturændringer, når flowet stiger, vokser temperaturen og visa versa. At kontrollere og modvirke temperaturændringerne er den dynamiske drifts store udfordring. Til at modvirke de store temperatur ændringer, findes der forskellige reaktortyper, hvor 3-fase reaktorer bedst muligt bibeholder den samme temperatur i reaktorerne, denne løsning er dog stadig i udviklingsfasen. På nuværende tidspunkt bruges Fluidized-bed reaktorer eller fixed-bed reaktorer. /4/ Typisk vil metaniseringsreaktionen foregå med et overskud af brint, hvorfor der vil forekomme en rest af brint i den resulterende gas. Ved katalytisk metanisering kan restmængden af brint være i størrelsesordenen 2-4 % /3/. Ved biologisk metanisering benyttes der to forskellige tekniker til metaniseringen, metanisering i en separat reaktor og metanisering direkte i rådnetanken se figur 4. Biologisk metanisering foregår ved anaerobe processer ved en temperatur mellem grader Celsius. Ved disse processer skal der være organisk materiale og bestemte mikroorganismer tilstede. Figur 4 principdiagram over to biologiske metaniseringsmetoder Fordelene ved biologisk metanisering i en separat reaktor er muligheden for at øge den totale mængde energi som produceres, sammenlignet med insite produktionen. Med en separat reaktor er det muligt at omdanne alt CO 2 til CH 4, hvor der ved insite kun kan omdannes CO 2 til CH 4, således den producerede gas minimalt består af 15 % CO 2. I begge tilfælde skal gassen renses således den Dok. 14/ /24

98 Energinet.dk lever op til kvalitetskravene for naturgas. Efter at gassen i insite er renset kan CO 2 indholdet fra den producerede gas føres tilbage til rådnetanken og på den måde gøre systemet mere effektivt. /4/ Sammenlignes de to metaniseringsmetoder (kemisk og biologisk) er der stor forskel på, hvor hurtigt processen forløber og hvor store mængder gas, der bliver produceret. Den høje temperatur ved kemisk metanisering giver anledningen til en højere reaktionshastighed end ved den biologiske metanisering. Den totale pris for produceret SNG, hvor både elektrolyse og metanisering er medregnet, forventes at være lavest for biologisk metanisering, hvis den teknologiske udvikling bliver succesfuld. /7/ /4/ Gas fra termisk forgasning Ved termisk forgasning forbrændes biomassen med et underskud af ilt, hvorved der produceres brændbar gas. I Danmark bliver den producerede gas på nuværende tidspunkt brugt til at producere elektrisk- eller termisk energi. I fremtiden skal den producerede gas evt. kunne lagres i gasnettet. Ved termisk forgasning vil der udover brint, CH 4 og kulilte produceres reststoffer, så som tjære. 2 Tjære er uønsket i produktgassen, fordi den blandt andet kan tilstoppe rør, motorer og katalysatorer. Tjære fjernes som en del af opgraderingen af den producerede gas, som finder sted, før den kan tilføres til gasnettet. Opgradering består af en rensning og en metanisering således gassen lever op til de krav, som er beskrevet i afsnit Ved metaniseringen af den producerede gas, kan der bruges brint fra elektrolyse. Der kan kun produceres bio-sng, hvis den termiske forgasning foregår ved hjælp af damp eller ren ilt. Luft i forgasningsprocessen vil resultere i N 2 i den producerede gas, hvilken gør gassen uegnet til SNG. /5/ Der findes forskellige teknologier til termisk forgasning, ofte foregår de to hovedprocesser parallelt, dvs. en forbrændingsproces som producerer varme og en forgasningsproces, som benytter denne varme, til at producere gas. Der kan være stor forskel på, hvordan forgasningen forløber, og de forskellige teknologier vil derfor resultere i forskellige gaskvaliteter. Gaskompositionen vil bestå af H 2, CO, CO 2, og CH 4. /5/ Hvis der er et 3:1 forhold mellem H 2 og CO kan gassen metaniseres direkte. I de fleste forgasnings anlæg vil der ikke være tilstrækkeligt med brint, og hvis dette er tilfældet, øges andelen af H 2 ved water-gas shift reaction - vist herunder. + + Brinten, som produceres via elektrolyse, kan også bruges til at skabe dette 3:1 forhold mellem H 2 og CO, hermed kan den ovenstående reaktion undgås Syntesegas Syntesegas eller syngas er betegnelsen for en gas, der består primært af H 2, CO og CO 2. Syntesegas kan produceres i forgasningsanlæg baseret på biomasse. 2 Dok. 14/ /24

99 Energinet.dk Syntesegas kan også dannes ved en reaktion mellem metan og vand ved opvarmning til høj temperatur (steam reforming reaction) Syntesegas kan bruges til industriel fremstilling af kommercielle produkter især ammoniak og metanol. 3.2 Forbrugsapparater Forbrugsapparater er bearbejdet i WP 1.2 /2/ 3.3 Gasnettet Energinet.dk s del af den danske gasinfrastruktur er opbygget som vist på figur 5. Naturgassen bliver transporteret fra den danske del af Nordsøen til Nybro ved den danske vestkyst, her bliver gaskvaliteten målt og kontrolleret, hvorefter gassen sendes videre ud i det danske transmissionssystem 3. Fra transmissionsnettet kan gassen leveres til lokale distributionsnet, lagres i et af Energinet.dk s to gaslagre eller udveksles med nabolandende Tyskland og Sverige. Energinet.dk har ansvaret for den overordnede gastransport til og fra landegrænser, samt transporten ud til landets forskellige distributionsselskaber. Figur 5 Den overordnede gasinfrastruktur i Danmark [Energinet.dk]. 3 Dok. 14/ /24

100 Energinet.dk Gassen i transmissionsnettet har et tyk på op til 80 bar, mens distributionsnettene drives ved et lavere tryk på typisk 40 eller 20 bar på fordelingsnettet, som forsyner et mere finmasket net på 4 bar eller 100 mbar Opgraderet biogas i nettet I de kommende år vil stigende mængder opgraderet biogas blive tilført gassystemet både i distributionsnettet og direkte på transmissionsnettet. Først og fremmest vil integrationen af biogas medføre en decentralisering af gaskilderne, idet biogasanlæg vil være spredt ud over landet, hvorved gasproduktionen ikke længere kun vil finde sted i Nordsøen se figur 6. Figur 6 Biogas bliver tilført på gasnettet på distributions- eller transmissionsniveau [Energinet.dk, dec ] Dynamik i nettet Der transporteres årligt 4-5 mia. m 3 gas i det danske gassystem. De primære forsyningskilder er produktion i den danske Nordsø og import fra Tyskland. Gas /Sider/Nye-biogasanlaeg-på-gasnettet.aspx Dok. 14/ /24

101 Energinet.dk lagres desuden i de 2 gaslagre, som er tilknyttet gasnettet, hvorfor de især i vinterhalvåret vil levere gas ind i nettet; mens der i højere grad vil være injektion i sommerhalvåret. Dertil kommer forsyning af biogas forskellige steder i nettet, dog hidtil mest i Jylland. Variationen i flow fra disse forskellige forsyningskilder giver dynamikken i systemet, som er kendetegnet af rørstykker med én dominerende flowretning, samt rørstykker med flow i begge retninger se figur 7. Figur 7 Flowretning i transmissionsnettet for perioden [Energinet.dk] Nabolande Danmark er en integreret del af det europæiske gasmarked, hvor aktører på det danske gasmarked kan få transporteret gas over grænserne mod hhv. Sverige Dok. 14/ /24

102 Energinet.dk og Tyskland. Dannelse af et indre marked for energi er et centralt ønske fra EU, hvorfor løbende initiativer for at fjerne barriere for handel er blevet rullet ud. Dette er også tilfældet for krav til gaskvalitet, hvor en CEN standard (EN 16726) i 2015 blevet godkendt, denne standard indeholder dog ikke indtil videre et krav til brintindholdet i naturgas. Pga. det særligt store fokus fra EU på et europæisk indre marked for gas, er det ikke realistisk at vælge en national tilgang med tilladelse af brint eller andre nye gaskomponenter i gassen med mindre, at denne introduktion er fælles europæisk. Det er derfor ikke tilstrækkeligt, at Danmark isoleret kan håndtere, at gasnettet transporterer med store mængder brint, da grænseoverskridende handel med gas fortsat skal være mulig med det øvrige Europa især med vores nabo lande Sverige og Tyskland. Det ses ikke som et realistisk økonomisk scenarie at separere brint fra gassen igen, hvis et eller flere af vores nabolande ikke kan håndterer/tillade samme brintkoncentration som DK, idet denne form for gasbehandling er meget omkostningstung. 3.4 Produktion, lagring og tilførsel af brint Placering af produktion Store elektrolyseanlæg er mest hensigtsmæssigt placeret, hvor brinten kan benyttes til direkte injektion i gasnettet eller til konvertering af CO 2 til metan. Samtidigt kræves der den fornødne elinfrastruktur, samt mulighed for genanvendelse af overskudsvarme. Ved kemisk metanisering udvikles der højtemperaturvarme, hvorfor denne type metaniseringsanlæg bør placeres i nærheden af et tilsvarende varmebehov. Dette kunne fx være industri Dynamik i elektrolyse og lagring af gas For produktion af brint ved elektrolyse er elprisen den primære variable omkostning. Det vil derfor være økonomisk fordelagtigt, at elektrolyse benyttes, når der er overskud af strøm, som medfører at markedsprisen er tilsvarende lav. Da mængden af overskudselektricitet er forventet at være stærkt fluktuerende, se figur 8, vil det samme være gældende for brintproduktionen. Figur 8 Forventet produktion og forbrug af elektricitet i 2035 [Energinet.dk /6/]. Dok. 14/ /24

103 Energinet.dk En varierende brintproduktion vil give følgende afledte krav alt efter anvendelsen til hhv. direkte injektion i gasnettet eller til metanisering af CO 2 : o o Ved direkte injektion i gasnettet o skal blandingskapaciteten være stor nok til altid at kunne modtage maksproduktionen fra elektrolyseanlægget. Ellers skal der tilknyttes et brintlager til at udjævne mængderne, så blandingskapaciteten er tilstrækkelig. Alternativt skal det være muligt at reducere brintproduktionen, men det vil være kontraproduktivt i forhold til hele ideen med at konvertere el til brint ved overskud af elektricitet. Ved brug af brint til metanisering, kontinuert drift o Vil der være brug for et brintlager til udjævning af brintforbruget o En stabil CO 2 forsyning eller tilsvarende CO 2 lager Ved brug af brint til metanisering, varierende drift o Vil der være brug for tilsvarende varierende CO 2 forsyning o Et CO 2 lager, der sikre, at en stabil CO 2 forsyning kan oplagres til brug, når metaniseringen foregår. For anvendelser af brint til forgasningsanlæg vil der være tilsvarende samtidighedsaspekter at tage hensyn til Lokale net med egen gaskvalitet I fremtidens energisystem er der perspektiver i at have lokale net med en lokal gaskvalitet, primært omkring industriklynger /6/. Disse sub-net kan have deres egen gaskvalitet, fx ikke opgraderet biogas, syntesegas eller ren brint se figur 9. Figur 9 Principper for samspil mellem lokale VE-gasnet og det overordnede gasnet [Energinet.dk /6/]. Dette afviger fra det nuværende naturgassystem, hvor krav til gassens egenskaber er ens i hele nettet, men kan sammenlignes med de bygasnet, der i dag er i drift i København og Aalborg. I forbindelse med lokale gasnet med egen gaskvalitet, skal der være enighed om gassens kvalitet herunder grænser for forureninger således, at alle applikationer kan fungere tilfredsstillende. Derudover vil der være et behov for tildeling af Dok. 14/ /24

104 Energinet.dk ansvar for systembalance og forsyning, således at forbrugerne på nettet kan være sikre på forsyning af gas Konvertering mellem net med forskelig gaskvalitet For at få produktion af gas i et sub-net til at gå op med forbruget skal der etableres et konverteringsanlæg mellem nettet, hvis ikke gassen fra sub-nettet kan tilføres den overordnede gasinfrastruktur direkte. Denne konverteringsenhed vil kunne kombineres med et lager, hvis dette vurderes hensigtsmæssigt. Disse konverteringsenheder vil være nødvendige for at balance sub-nettet, samt være garanti for forsyningssikkerhed og/eller sikkerhed for afsætning fra gasproduktionen i sub-nettet. Eksempler på gasnettet med forskellige undernet med lokal gaskvalitet er vist i figur 10. Figur 10 Eksempler på muligt samspil mellem lokale VE-gasnet og det overordnede gasnet [Energinet.dk /6/]. Det kan tænkes at være en fordel at placere gasproduktionen, hvad enten det er biogas, brint, forgasningsgas eller metan, umiddelbart ved konverteringsenheden for at kunne tilføre gassen til hhv. det overordnede gasnet eller sub-nettet alt efter, hvad der er mest hensigtsmæssigt. 3.5 Injektionsfaciliteter Samspil mellem injektion og gasnettet Som vist i figur 7 er der i store dele af transmissionsnettet flow i begge retninger, dette sætter begrænsninger for, hvis det ønskes, at tilføre gas til nettet, som i sig selv ikke er inden for specifikation, fx brint. På rørstrækninger med flow i begge retninger, vil der også være perioder med lavt eller intet flow, hvorved fx brint ikke ville kunne tilføres, da den ellers til ophobes som en lomme i rørstykket. Med stigende antal nye forsyningspunker i gasnettet med tilførsel af biogas vil flowforholdene i nettet generelt blive mere komplekse, og muligheden for at tilføre brint til enhver tid blive tilsvarende begrænset, hvis ikke injektionspunktet vælges hensigtsmæssigt. Dok. 14/ /24

105 Energinet.dk Layout for injektionsfaciliteter Injektionsfaciliteter vil forsimplet skulle bestå af en flowmåling og kvalitetsmåling (QT for Quality Transmitter) se figur 11 til venstre. Flow af både gas med naturgaskvalitet og brint skal måles og kvaliteten af blandingsgassen skal bestemmes. Der skal være indbygget ventiler til styring af både brintflow og afspærring af blandingsgassen, hvis flowet af blandingsgas falder. Dette sikrer at den tilførte gas overholder krav til gaskvalitet. Figur 11 Skematiske injektionsanlæg for brint i gasnettet [Energinet.dk]. Tilføres brint til et rørstykke med en-vejs flow, vil en måling af den blandende gas principielt kunne benyttes se figur 11 til højre. Denne løsning bør suppleres med en flow indikation baseret enten på måling, så det forhindres, at brinten danner en lomme med gas uden for specifikation i rørstykket. I praktisk vil der etableres en løsning, hvor en delstrøm af flowet tages ud, hvori blandingen foregår, hvilket sikrer, at man operationelt kan forhindre, at der opstår off spec. gas i systemet, idet der skal tages hensyn til analysetid for gaskvalitet og tid for lukning af ventilen. Selve injektionspunktet skal være udformet således, at en tilstrækkelig opblanding vil være opnået, inden gassen leveres ud til den næste nedenstrøms forbruger Måling af gaskvalitet Bestemmelse af kvaliteten af naturgas med et indhold af brint kan gøres med gaskromatografi. Eksisterende gaskromatografer (GC) i gasnettet vil skulle have en ekstra dedikeret kolonne indbygget for at kunne måle brint ved siden af de øvrige almindelige gaskomponenter. For nogen typer af GC er, vil dette være i form af et separat modul. Hvis brinten kun udgør få procent af gassen vil en dedikeret brintmåling ved siden af GC en kunne benyttes som alternativ. Det vil dog give nogle udfordringer med bestemmelse af de forbrændingstekniske parametre for gassen, da det vil kræve beregning på baggrund af målinger for to uafhængige analyseinstrumenter. Dok. 14/ /24

106 Energinet.dk Bestemmelse af brintindhold Metoder til måling af brint kan gøres med Nikkel-Palladium sensor eller med en varmeledningsevnemåling. Sensorer med Nikkel-Palladium benytter sig af brintfølsomheden af en tynd film af Ni-Pd. Metoden er specifik for brint, men sensortypen kræver konstant tilstedeværelse af brint for optimal funktion, hvilket kun gør den velegnet for måleopgaver, hvor der altid er et brintindhold i gassen. Varmeledningsevnebaseret måling udnytter, at varmeledningsevnen for brint er markant højere end øvrige naturligt forekommende komponenter i naturgas se figur 12. Metoden vil dog være mest velegnet med brintindhold over 5 mol-%, da den naturlige variation i naturgassens sammensætning ellers vil gøre målingen usikker. Figur 12 Varmeledningsevne for naturgas/brint blanding i forhold til de rene gasser [Energinet.dk]. Dok. 14/ /24

107 Energinet.dk 4. Samtænkning af energisystemer 4.1 Gasmarked Det danske gasmarked er en del af det europæiske gasmarked direkte for bundet til det tyske via Ellund Border og det svenske gasmarked via Dragør Border. At gas kan transporteres over grænsen af transportkunder er betinget af, at der ikke er tekniske barriere som fx forskellige gaskvaliteter i de forskellige net. Yderligere information om det danske gasmarked kan findes på Energinet.dk s hjemmeside Gassystemets relation til øvrige energisystemer Med stigende integration mellem energisystemer som el og gassystemet opstår også en stigende gensidig afhængighed, samt behov for styring af den enkelte komponent i systemet baseret på input fra det øvrige system. Eksempelvis som vist i figur 13, hvor prissignaler fra el, varme og gasmarkedet er skitseret som input til styring af elektrolyseanlægget. Figur 13 Beslutning om, hvornår elektrolyse skal benyttes, vil være en funktion af priserne for hhv. el, varme og gas (brint). /6/ En effektiv drift af elektrolyse forudsætter, at der eksisterer velfungerende markeder for både el, varme og gas herunder måske brint. Mens både el og gasmarked i dag har både nationalt og internationale markeder, eksisterer der ikke på samme måde et tilsvarende marked for varme. Der er to udfordringer knyttet til dette, 1) varme har ikke samme transporterbarhed som el og gas og 2) kvaliteten af varme afhænger af temperaturen. Fx kræver visse industrielle processer højtemperatur varme, mens varme med lavere temperatur kun er velegnet til boligopvarmning. Som en konsekvens af behov for styring af elektrolyse- og metaniseringsanlæg vil der i de kommende år, skulle udvikles den fornødne IT løsning og software til håndtering af dette. Figur 14 viser en sammenhængende energisektor, hvor både el-, varme- og gassystemet er integreret til ét energisystem. Scenariet er for 2035, hvor forsy- 6 Dok. 14/ /24

108 Energinet.dk ning er baseret på vedvarende energikilder og naturgas. I dette scenarie bliver teknologierne, som beskrevet i kapitel 3.4, anvendt til at binde energisektoren sammen. Figur 14 VE baseret energisektor sammenhæng mellem energiressource og energitjenester i en fremskrivning for /6/ Materialer og flydende brændsler Gassystemet kan få en ny rolle i forhold til både materialer og flydende brændsler i et fremtidsscenarie uden fossile olieprodukter se figur 15. Dannelse af flydende brændsler til for eksempel transportformål ud fra biomasse kan foregå via syntesegas. Dannelsen af disse produkter er i figur 14 vist i kassen Gaskatalyse mv., som symboliserer fremtidige produktionsfaciliteter af materialer og flydende brændstoffer. Sub-gasnet med syntesegas vil skulle etableres ved materialefabrikker, ideelt placeret i klynger, hvor gasressourcer og behov for overskudsvarme er til stede. Syntesegasnet vil naturligt kunne etableres sammenkoblet til det øvrige gasnet som bekrevet i 3.4.3, da syntesegas kan dannes ud fra metan via steam reforming reaction, som beskrevet i afsnit Dok. 14/ /24

109 Energinet.dk Figur 15 Syntese gas er nøglen til dannelse af en række materialer og flydende brændsler for en energiforsyning uden fossil olie. /6/ Dok. 14/ /24

110 Energinet.dk 5. Diskussion Med den eksisterende apparatbestand af gasapparater vil der en årrække fremover være begrænsninger for, hvor meget brint der kan tilføres gasnettet. Skal ren brint tilføres nettet, vil mængden, der kan tilføres på et givent punkt i nettet, være en funktion af flowet og aktuelt opstrøms brintindhold på rørstrækningen. Dette kan medføre, at muligheden for afsætning af brint i nettet både vil være forskellig og i perioder måske meget begrænsede på visse lokaliteter. En konsekvens ved at differentiere krav til injektionspunkter er, at kravet om ligebehandling af aktører i markedet bliver udfordret, hvilket sammen med udfordringer rent styringsmæssigt formentligt vil pege på løsninger, hvor brint tilføres tæt ved biogasanlæg eller andre gasforsyninger ind i nettet. Biogas består primært af metan og CO 2, metanisering af denne CO 2 via brint er en god løsning til at udnytte overskudselektricitet. Skal metanisering benyttes som primær opgraderingsteknik, kræves der dog en kontinuert brintkilde, hvilket vil kræve et brintlager, da elektrolyse kun vil blive anvendt ved en lav elpris. Dette er et eksempel på samtidighedsudfordringer i det sammenkoblede energisystem, hvor fluktuerende produktion af brint kræver lagring af enten brint eller reaktionsgasser, da gasforbruget ikke vil have samme variation. Ideen om, at lokale sub-gasnet er økonomisk favorable, er baseret på, at der vil kunne findes velfungerende og effektive måder at balancerer disse net på, samt håndtering af forsyningssikkerhed for forbrugere og tilsvarende afsætningssikkerhed for producenter. Lokale net med egen gaskvalitet vil markedsmæssigt på sigt muligvis kunne knyttes til det eksisterende gasmarked, hvis både de fysiske muligheder, de regulatoriske rammer og de kommercielle interesser er til stede. Styring og balancering af sub-net, samt dækning af omkostning for etablering og drift af konverteringsanlæg er dog en forudsætning for, at det kan ske på stor skala. Integration med varmesystemer (fjernvarme og højtemperaturvarme) kan kræve et velfungerende lokalt eller regionalt varmemarked, men da dette er et stærkt reguleret område, kan andre løsninger nok også komme i spil. Dok. 14/ /24

111 Energinet.dk 6. Opsummering I en energisektor baseret på vedvarende energikilder, er det en nødvendighed at kunne lagre elektrisk produceret energi. Som nævnt er P2G en mulig løsningsmodel. Elektrolyse og metanisering er de to hovedprocesser i P2G, ved at kombinere disse to teknologier vil gaskvaliteten nettet ikke blive udfordret lige så voldsomt, som i tilfælde af tilførsel ren brint til gasnettet. Direkte brint tilføjelse til gasnettet, vil dog resultere i en mere direkte proces og derved et mindre konverteringstab, idet metaniseringen kan udelades. Dette er dog på nuværende tidspunkt begrænset grundet CNG bilers manglende evne til at håndtere mere end 2 % brint i gassen /2/ /9/ /10/. Metaniseret gas vil i sig selv kunne have et restindhold af brint, da det vil være mest optimalt for processen, derfor skal gasnettet i fremtiden kunne håndtere mængder af brint, hvis det skal kunne indgå i den tænkte rolle i fremtidens energisystem. Både elektrolyse- og metaniseringsprocesserne er meget afhængige af at den teknologiske udvikling forstætter som ventet. Til brintproduktionen viser de nuværende prognoser, at den teknologiske udvikling indenfor elektrolyse vil fortsætte, derfor kan P2G indenfor de næste 5-15 år blive en konkurrencedygtig løsning på, hvordan store mængder VE integreres i energisektoren. Hvis den producerede brint skal konverteres til metan, vil det afhænge af de kommende års teknologiudvikling, hvorvidt det bliver kemisk eller biologisk metanisering, der vil vise sig at være den mest konkurrencedygtige teknologi. Gasnettet kan i fremtiden have tilkoblet subnet med anden gaskvalitet fx biogasnet eller syntesegasnet. Konverteringsenheder sikrer gaskvaliteten i begge net, ved overskud eller underskud af forsyning i subnettet. Muligheden med syntesegasnet vil være stærkt afhængig af fremtidens behov for fremstilling af flydende brændsler og materialer fra biomasse. Geografisk vil det være fordelagtigt at etablerer klynger af forskellige typer anlæg, således at synergier mellem CO 2 kilder som biogas og overskudsvarme fra metanisering udnyttes bedst muligt. Disse klynger vil ideelt være placeret direkte ved de konverteringsanlæg mellem det overordnede gasnet og subnet, således at de samlede konverteringstab minimeres. Brint og metaniseret gas vil kunne tilføres gasnettet ved injektionsanlæg, hvor både mængde og gaskvalitet vil skulle måles. Skal gas tilføres, der ikke i sig selv møder specifikationen, som fx ren brint, vil blandingskapaciteten kunne udnyttes bedst, hvis der enten er en måling af eller simulerede data for flow i det rørstykke injektionen foregår i. Injektionsfaciliteterne vil skulle designes, således at hændelser med off spec. gas ikke opstår, så den sikre anvendelse og transport af gassen er bevaret. Styring og balancering af subnet, konverteringsanlæg mellem subnet og det overordnede gasnet, den fornødne markedsdannelse for varme og markedsintegration for gasser i subnet er opgaver, der skal løses fremadrettet for at bygge bro mellem det nuværende energisystem og energisystemerne, beskrevet i Energikoncept 2030 udgivet af Energinet.dk /6/. Dok. 14/ /24

112 Energinet.dk Referencer 1. Den fremtidige anvendelse af gasinfrastrukturen, Energistyrelsen, marts 2014, ( ads/gasinfrastrukturen_-_analyse_2014_web.pdf) 2. Gasnettet som VE-lager WP 1.2 Analyse af slutanvendelse. DGC Methanisierung im Dreiphasen-Reaktor, Manuel Götz, 2014, PhD Thesis Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 4. M. Götz, et al., Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review, Renewable Energy (2015) 5. Technologies relevant for gasification and methanation in Denmark, DGC, Sept MILJOE/Energianalyser/Analyser/Fremtidens-Energi/Sider/default.aspx), Energikoncept Sammenfatning (3,2 MB) ( 6. Energikoncept 2030, Energinet.dk, april 2015, ( nter/klimaogmiljo/energikoncept%202030%20- %20Sammenfatning.pdf), Energikoncept Baggrundsrapport (9,0 MB) ( nter/klimaogmiljo/energikoncept%202030%20- %20Baggrundsrapport.pdf) 7. Koen G. Wiersma, Economic aspects of power to gas, Gasunie, The Netherlands, WOC 5.4 /TT1 Committee report Aksel Hauge Pedersen, Global status for upgrading of biogas DONG Energy A/S, Denmark, WOC 5.4 /TT1 Committee report Gasnettet som VE-lager WP 1.3 Sikkerhedskritiske parametre for brint og naturgasblandinger. DGC Altfeld K., Pinchbeck D., Admissible hydrogen concentrations in natural gas systems. Gas for Energy, Issue 03/2013 Dok. 14/ /24

113 WP 2.1 Siteudvælgelse En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr December 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

114 WP 2.1 Siteudvælgelse En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Søren Hyldegaard-Pedersen HMN Naturgas I/S Søborg 2014

115 Titel : WP 2.1 Siteudvælgelse Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Søren Hyldegaard-Pedersen Dato for udgivelse : Copyright : HMN Naturgas I/S Sagsnummer : Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

116 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning Problemformulering Mulige sites omkring Storkøbenhavn Kulsviervej, Lyngby Fynsvej, Lyngby Skodsborg Strandvej, Skodsborg Mulige sites i Jylland Smedebakken, Them Kirkevej, Låsby Træbuen, Låsby Bilag Bilag 1 - Kulsviervej Bilag 2 - Fynsvej Bilag 3 Skodsborg strandvej Bilag 4 Smedebakken Bilag 5 Kirkevej Bilag 6 Træbuen... 15

117 DGC-rapport 2 1 Indledning I denne delrapport omkring tilsætning af brint i et afgrænset område af naturgasnettet undersøges egnede områder til den fysiske udførelsen af projektet. Naturgasnettet omkring Storkøbenhavn består mange steder af mindre afgrænsede lavtryksnet, som har et nettryk på 26 mbar. Dette skyldes, at naturgassen blev udbredt ved forsyning via de ældre gasnet fra bl.a. gasværkerne. Disse gasnet er efterfølgende fået fremført nye PE-gasrør, men har beholdt gastrykket på 26 mbar i nettet. Disse mindre afgrænsede gasnet forsynes som hovedregel fra en Zulustation. En zulustation er som hovedregel et større gasskab, hvor tilgangstrykket i gasskabet typisk er 4 eller 2,5 bar, og reguleres ned til normalt 26 eller 100 mbar. Der vil også blive kigget på mulige sites i Jylland. Her er dog generelt 4 barsnet, og derfor skal der graves under alle omstændigheder for, at kunne få forbindelse til eksisterende gasnet. 2 Problemformulering Stedet for udførelsen skal være et begrænset område, hvor et bredt udvalg af repræsentative apparater findes på et lille antal kunder. Det er for at sikre, at så stor et spænd i den eksisterende apparatstand er repræsenteret uden at inddrage for mange eksterne kontakter. 3 Mulige sites omkring Storkøbenhavn Sites er udvalgt efter de 96 Zulustationer, som findes i HMNs forsyningsområde på Sjælland, samt kendskab til afgrænsede områder på større lavtryksnet, som kan afgrænses til et mindre område. De mulige sites er oplistet i prioriteret rækkefølge. 3.1 Kulsviervej, Lyngby Området indeholder 6 gasapparater fordelt på 5 forskellige kunder. Kunderne er en blanding af private boliger og opvarmning til mindre erhverv. Alle gasapparater har en indfyrret effekt under 70 kw. Apparaterne fordeler sig på 4 kondenserende gaskedler, en gennemstrømningskedel, samt en gasblæseluftsbrænder. Derudover ønskes et gaskomfur opsat hos en eksisterende kunde. En enkelt bygning i området har i dag elvarme, som opvarmning, og

118 DGC-rapport 3 vil derfor ikke blive berørt medmindre denne ønsker, at overgår til naturgas. Eksisterende apparatstand fremgår af nedenstående tabel: Adresse Fabrikat Type Start Dato kw Apparattype Kulsviervej 147 GEMINOX THR 5/25 -C,-M40,-M KONDENSERENDE GASKEDLER Kulsviervej 148 WEISHAUPT WG 2/1-E GASBLÆSELUFTBRÆNDERE Kulsviervej 151 WEISHAUPT WTC 25-A KONDENSERENDE GASKEDLER Kulsviervej 150 MILTON TOPLINE KONDENSERENDE GASKEDLER Kulsviervej 150 MILTON TOPLINE KONDENSERENDE GASKEDLER Kulsviervej 148 VAILLANT UDGÅET MODEL VC DK 242 E GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Mellem Zulustationen og det afgrænsede område krydser en mindre lokalbane. For at begrænse mængden af myndigheder indblandet i projektet, vil brinttilsætningen til dette net skulle foregå på lavtrykssiden efter banekrydsningen. Oversigtskort over området, og muligt placering af tilslutningsstation fremgår af bilag Fynsvej, Lyngby Området har 17 gasforbrugende apparater. Området er 2 rækkehuse med 24 boliger i alt, hvor 18 har naturgas som opvarmning. Fynsvej 2 bliver ikke forsynet fra gadeledningen, og udelades derfor. Oversigt over tilsluttede naturgaskunder ses af nedenstående tabel: Adresse Fabrikat Type Start Dato kw Apparattype Fynsvej 3 VAILLANT ECOTEC PLUS VC 126/ KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 4 BOSCH EUROPUR UNIT ZBS 16/120 S-2 M A KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 5 BOSCH CERAPUR ZSBR 3-16 A..MINIPUR KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 6 VAILLANT VC DK 105/2-E OG EH (TURBOTEC II) GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Fynsvej 8 WEISHAUPT WG 1N/1-F GASBLÆSELUFTBRÆNDERE Fynsvej 9 BOSCH EUROSTAR ZSE 24-3 MFA GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Fynsvej 10 GEMINOX THI 2/17 C ELLER M KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 11 BOSCH EUROPUR ZSB 3-16 A KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 13 VAILLANT VC DK 105/2-E OG EH (TURBOTEC II) GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Fynsvej 15 VAILLANT ECOTEC PLUS VC 126/ KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 16 BOSCH EUROPUR ZSB 14-3 E KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 19 BOSCH EUROSTAR ZSE 24-3 MFA GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Fynsvej 20 GEMINOX THI 2/17 C ELLER M KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 21 VAILLANT ECOTEC PLUS VC 126/ KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 22 VIESSMANN VITODENS KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 24 WEISHAUPT WTC 15-A KONDENSERENDE GASKEDLER Fynsvej 26 GEMINOX THI 2/17 C ELLER M KONDENSERENDE GASKEDLER Området omhandler kun opvarmningskedler. Resterende huse langs gadeledningen på Fynsvej er primært oliekunder, og enkelte med elvarme. Opsætning af gaskomfur kan tilbydes til en kunde, hvis dette ønskes, for at kunne få et bredere udsnit af apparater. Gadeledningen på Fynsvej er en mindre del af et større lavtryksområde, hvorfor gadeledningen på Egegårdsvej også er 26 mbar. En placering af brinttilsætning kan derfor ske først på gadeledningen til Fynsvej. Oversigtskort over området kan ses på bilag 2.

119 DGC-rapport Skodsborg Strandvej, Skodsborg Området ligger ud til strandvejen ud for Høje Skodsborg er består af 5 bygninger med villalejligheder. I alt er der 7 gaskunder. Apparatbestanden omfatter 4 kondenserende gaskedler og 1 gennemstrømningskedel. Derudover er der 2 gaskomfurer, samt 2 gaspejse. Området dækker derfor over et stort bredt udvalg af apparater, og muligheden for at få gaspejse med ind over projektet må anses for positivt. Eksisterende apparatstand kan ses af nedenstående tabel: Adresse Fabrikat Type Start Dato kw DG- Undergruppe Navn Skodsborg Strandvej 209 VAILLANT UDGÅET MODEL VC 185 EU HL GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Skodsborg Strandvej 215 BAXI WGB 70 C/D KONDENSERENDE GASKEDLER Skodsborg Strandvej 217 BAXI WGB 28 E KONDENSERENDE GASKEDLER Skodsborg Strandvej 219 BAXI WGB 28 E KONDENSERENDE GASKEDLER Skodsborg Strandvej 221 ATAG Alle typer GASKOMFUR Skodsborg Strandvej 221 ATAG Alle typer GASKOMFUR Skodsborg Strandvej 221 ELDMAKAREN ET.(GASPEJS) GASPEJS Skodsborg Strandvej 221 SMEG CX61VMLS GASKOMFURER MED ELOVN Skodsborg Strandvej 221 ELDMAKAREN ET.(GASPEJS) GASPEJS Skodsborg Strandvej 221 BAXI WGB 28 C KONDENSERENDE GASKEDLER Som udgangspunkt findes der 8 lejligheder i hvert hus, som opvarmes fra centralt anlæg. Enkelte har dog individuel opvarmning, og derfor er der også enkelte oliekunder i området. Området bliver forsynet med en Zulustation ud fra nr. 221, som forsynes fra 2,5 bar net, og regulerer ned til 100 mbar. Stik til hvert hus ender i ventilskab på husfacade. Fællesledning i husene er 100 mbar, og før hver måler reguleres ned til 22 mbar. Derved et mere komplekst område, men med et særdeles repræsentativt udsnit af både apparat- og installationsstand. Brinttilsætningen kan ske i forbindelse med Zulustation, og vil derfor gøre denne del nemmere og mere tilgængelig end på de andre sites. 4 Mulige sites i Jylland Sites er udvalgt efter kendskab til mindre afgrænsede områder af gasnettet. Nettrykket er på alle sites 4 bar, hvilket adskiller sig fra de mulige sites omkring Storkøbenhavn. Der skal derfor ved graves i forbindelse med alle sites for, at kunne få forbindelse til gasnettet. 4.1 Smedebakken, Them Området ligger i udkanten af Them. Området består primært af private huse, og enkelte erhverv. Smedebakken krydser lokal natursti. Syd for naturstien er afgreninger til andre veje. Derfor afgrænses området med tilsætning af

120 DGC-rapport 5 brint nord for naturstien. Aktive apparater nord for naturstien, og til enden af gadeledning ses af nedenstående tabel: Adresse Fabrikat Type Start Dato kw DG- Undergruppe Navn Smedebakken 20 BERETTA SUPER BOILER 24 BSI GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Smedebakken 22 VAILLANT ECOTEC PRO VC 136/ KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 24 BERETTA EXCLUSIVE BOILER GREEN 25 BSI KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 26 GEMINOX ZEM 2/17 M KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 27 VAILLANT VC 182 E GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Smedebakken 28 GEMINOX THI 2/17 M KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 28 SCHOLTES TL 750 G KOMFUR Smedebakken 30 BERETTA IDRA EXCLUSIVE ESI 20T OG 20S GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Smedebakken 32 GEMINOX ZEM 2/17 M KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 34 BERETTA MYNUTE 12S GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Smedebakken 36 BERETTA EXCLUSIVE BOILER GREEN 25 BSI KONDENSERENDE GASKEDLER Smedebakken 38 RECENT U 12 = STRÅLEPANELER Smedebakken 38 BERETTA IDRA TURBO ESI 20S OG 20T GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Området indeholder et bredt udvalg af apparater på et lille antal kunder. Desuden er muligheden for brinttilsætning langs hele gadeledningen tilstede. Dette gør, at antallet af kunder kan skæres ned, og brinttilslutningen evt. kan starte fra nr. 28 uden at det vil skade spændet i apparatstanden. Områdekort fremgår af bilag Kirkevej, Låsby Området ligger i udkanten af Låsby, og har mindre gadeledning, som forsyner 9 kunder med naturgas. 2 boliger har stikledning og gasskab, men har afproppet ledning i gasskab, da disse har elvarme. Sidste bolig har varmepumpe, som opvarmning. Aktive apparater ses af nedenstående tabel. Adresse Fabrikat Type Start Dato kw Apparat Kirkevej 53 VAILLANT ECOTEC PLUS VC DK 156/ KONDENSERENDE GASKEDLER Kirkevej 57 VAILLANT VC 182 E GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Kirkevej 59 VAILLANT VC 182 E GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Kirkevej 63 SAUNIER DUVAL THELIA AS 12/19 ME (II) GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Kirkevej 67 WEISHAUPT WG 1 NF/1-F GASBLÆSELUFTBRÆNDERE Kirkevej 71 VAILLANT VC 105 EH TURBOTEC GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Kirkevej 73 VAILLANT VC 136/2 E ecotec exclusiv KONDENSERENDE GASKEDLER Kirkevej 75 BERETTA SUPER EXCLUSIVE GREEN 16 RSI KONDENSERENDE GASKEDLER Området spænder bredt med opvarmningskedler, og har desuden en gasblæseluftsbrænder. Derudover kunne der være mulighed, for at en enkelt kunde ville have opsat et gaskomfur. Områdekort fremgår af bilag Træbuen, Låsby Træbuen er et lille blindt område i udkanten af Låsby lige ved siden af området ovenfor på Kirkevej. Området bliver forsynet med en gadeledning, som ligger i vejen rundt ud for husene. Midt i området er et grønt areal, hvor brinttilsætningen kan ske. Alle boliger langs gadeledningen er forbrugere af naturgas:

121 DGC-rapport 6 Adresse Fabrikat Type Start Dato kw DG- Undergruppe Navn Træbuen 1 VAILLANT VC 136 E ecotec KONDENSERENDE GASKEDLER Træbuen 3 SAUNIER DUVAL ISOMAX F 28 E GASKEDLER Træbuen 5 VAILLANT VC 126/2 C ecotec classic KONDENSERENDE GASKEDLER Træbuen 5 SMEG C 9 V KOMFUR Træbuen 7 VAILLANT VC 126/2 C ecotec classic KONDENSERENDE GASKEDLER Træbuen 9 MILTON ECOMLINE HR11/22/30/43/ KONDENSERENDE GASKEDLER Træbuen 11 JUNKERS EUROCOMPACT ZWSE 23-3 MFA GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Træbuen 13 JUNKERS EUROSTAR ZSE 24-3 MFA GENNEMSTRØMNINGSKEDLER Træbuen 15 BAXI WGB - KN KONDENSERENDE GASKEDLER Træbuen 17 BAXI WGB - KN KONDENSERENDE GASKEDLER Området spænder over forskellige kedeltyper, samt et enkelt komfur. Derved er apparatspændet stadig forholdsvist bredt på et lille antal kunder. Områdekort fremgår af bilag 6.

122 DGC-rapport 7 5 Bilag 5.1 Bilag 1 - Kulsviervej Oversigtskort over hele det afgrænsede 26 mbar-område.

123 DGC-rapport 8 Oversigtskort, hvor Zulustation er placeret syd for lokalebane. Mulig placering af brinttilsætning er markeret med rød cirkel efter banekrydsning. 5.2 Bilag 2 - Fynsvej Oversigt over hele gadeledningen på Fynsvej

124 DGC-rapport 9 Kortudsnit over tilslutning af gadeledningen fra Fynsvej til gadeledningen på Egegårdsvej. Tilslutningsstation for brint kan placeres umiddelbart først på Fynsvej. 5.3 Bilag 3 Skodsborg Strandvej Områdekort over 100 mbars net i Skodsborg, som forsyner 5 huse med villalejligheder med naturgas.

125 DGC-rapport 10 Nærbillede af gasnettet omkring Zulustation for området. I Zulustationen reguleres ned fra 2,5 bar til 100 mbar.

126 DGC-rapport Bilag 4 Smedebakken Oversigtskort over den blinde gasledning på Smedebakken. Syd for området er en mindre å og cykelsti, som også fremgår yderst af kortet.

127 DGC-rapport 12 Nærbillede af mulig brinttilslutning til nettet. Pga. å og cykelsti vil det være nemmest for projektet, at tilslutte tidligst på ledningen mellem nr. 16 og nr. 20. Men alt efter forhold, kan tilslutningen ske senere på ledningen, da de sidste forbrugere på ledningen har det største spænd i forskellige apparater.

128 DGC-rapport Bilag 5 Kirkevej Områdekort over afgrænset område på Kirkevej i den østlige ende af Låsby. Nr. 69 har varmepumpeinstallation, og er ikke tilsluttet gasnettet. Nr. 65 og 61 er tilsluttet gasnettet, men har elvarme. Stikledning ender blindt i gasskab.

129 DGC-rapport 14 Gadeledningen ligger under vejen i området. Midten er større grønt område, hvor der er mulighed for brinttilsætning. Gadeledningen bliver ført i beskyttelsesrør, men ikke helt frem til stikledningen til nr. 53. Brinttilsætning vil være muligt kort inden stikledning til nr. 53.

130 DGC-rapport Bilag 6 Træbuen Oversigtskort over Træbuen. Gadeledningen ligger i kanten det grønne område. Området er sidste lille område på en større gadeledning, og derved er der forholdsvis store friheder for brinttilslutningen. Af kort nedenfor vil det dog være mest fordelagtigt, hvis tilslutningen sker umiddelbart kort for inden stikledningen til nr. 1. Gadeledningen og dog fremført i beskyttelsesrør på dette stykke.

131 WP 2.5 Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr Maj 2015 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

132 WP 2.5 Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2015

133 Titel : WP 2.5 Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\wp 2.5 Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassamensætningen his docx.docx Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

134 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Baggrund og tidligere erfaringer med blandestationer og indblanding af brint i gasnettet Ameland og Klanxbüll Herning og Vestenskov Naturalhy Kravsspecifikation til blandeanlæg Kravsspecifikation Hovedspecifikationer Supplerende info Blandeanlæg fra Elster Instruments Blandeanlæg fra Kiwa Tilbud fra Kiwa af 25. februar 2015, ref. Hans de Laat Blandeanlæg fra Dansk Gasteknisk Centers laboratorium (DGC) Tilbud fra DGC Referencer... 11

135 DGC-rapport 2 1 Baggrund og tidligere erfaringer med blandestationer og indblanding af brint i gasnettet Indblanding af brint i naturgasnettet er ikke tidligere forsøgt i Danmark. Men flere kedler og komfurer er tidligere testet med brinttilsætning i Danmark som en del af et EU-projekt, se nedenfor. 1.1 Ameland og Klanxbüll Indblanding af brint i naturgasnettet er dog tidligere testet i det hollandske Ameland-projekt gennem tre år med op til 20 % vol. H 2 og i Tyskland i Klanxbüll lige syd for grænsen til Danmark, hvor det p.t. pågår med op til 10 % vol. H 2. Begge steder har forsøgene forløbet helt uden problemer. 1.2 Herning og Vestenskov I Danmark har man tidligere gennemført forsøgsprojekter med ren brintdistribution ud til boliger i forbindelse med brændselscelledemonstrationsprojekterne i Herning og i Vestenskov. I begge tilfælde har man anvendt distributionsnet med samme type polymerrør (PE 100), samlinger og komponenter, som anvendes til naturgasnet. For de specifikke typer komponenter, der har været anvendt, har man dog fået testet og godkendt disse til den aktuelle anvendelse. 1.3 Naturalhy I forbindelse med det store EU-projekt Naturalhy ( ) er der i DGC s laboratorium gennemført forsøg med nye kondenserende villakedler fra Vaillant og Bosch med præ-mix-brændere samt forsøg med en ældre Vaillant VC182 med partiel præ-mix-brænder. Der gennemførtes forsøgsdrift i ca. fire måneder ved varierende last og hyppige start-stop. HMN gennemførte efterfølgende field -test i et års tid med en kedel og et komfur opstillet i deres udstillingslokaler. Kedelforsøgene viste, at op til 45 % volumen brint ikke gav problemer. For komfuret var stabil drift mulig op til ca. 40 % volumen H 2. På baggrund af disse erfaringer med blandestationer og indblanding af brint i naturgasnettet /1/, /2/, /3/, /4/, /5/ er der udformet en blandestation, der tilgodeser høje krav til drifts- og personsikkerhed.

136 DGC-rapport 3 2 Kravsspecifikation til blandeanlæg 2.1 Kravsspecifikation Hovedspecifikationer Skønnet maks. effect kw 180 Naturgasflow, min. Nm 3 /h 0,2 Naturgasflow, maks. Nm 3 /h 16,4 Gastryk, maks. Bar g 0,1 Gasdistributionstryk Barg 0,026 Brintindhold % vol Naturgaskvaliteten forventes at ligge inden for rammerne angivet i Bilag 1. Blandeanlægget skal indeholde gasmålere til at måle brintflowet og naturgasflowet med stor nøjagtighed både til afregningsformål og af hensyn til sikkerheden. Naturgasforsyningstrykket til blandeanlægget er 100 mbarg og afgangstrykket er 26 mbarg. Anlægget skal leveres i en container til udendørs brug (fra -25 C til +30 C). Hele enheden skal overholde alle relevante EU-regler Supplerende info Opstillingsklar container med alt udstyr indbygget klar til tilslutning af 200 barg brint og 100 mbarg naturgasgasforsyning og udgang til distributionsnet på 26 mbarg. Udstyr til brintindblanding op til % vol. H 2 Præcis brintmåling volumen % i hele flowrange. Denne måling skal være i overensstemmelse med gældende krav til afregningsmålere således at måling af brintkoncentrationen kan anvendes til beregning af en reduceret brændværdi af blandingsgassen. Brintprocenten skal løbende registreres og bruges til beregning af gennemsnitsprocenten for afregning. Naturgaskvaliteten fås fra nærmeste regionale gaskromatograf. Energinet.dk håndterer dette system. Brintmåling vil også være en del af sikkerhedssystemet. Systemet skal være udstyret med komplet sikkerhedssystem og fjernbetjent SRO-system.

137 DGC-rapport 4 Containeren skal være udstyret til udendørsanvendelse. Færdig, godkendt enhed med alt mekanisk og elektrisk monteret og testet og kalibreret med al dokumentation, herunder kalibreringsprogram og -metodik. Krav til personsikkerhed: Detektering af brintlækage betyder stop for brinttilførsel, men fortsat naturgasdrift. Krav til driftssikkerhed: Brintproblemer betyder stop for brint, men fortsat naturgaslevering. Variationer i gaskvalitet kan have indflydelse på valg af instrumentering. Se Bilag 1. I Danmark har vi gennem de seneste år oplevet relativt store variationer i gaskvalitet som følge af stigende import fra Tyskland. Tysk gas indeholder ofte store dele russisk gas, som med et metanindhold på op mod 100 % afviger væsentligt fra den tidligere normale danske gaskvalitet, der stammer fra Nordsøen. Der henvises til Bilag 1.

138 DGC-rapport 5 3 Blandeanlæg fra Elster Instruments Elster Instruments har tidligere tilkendegivet at ville udfærdige et tilbud på et sådant anlæg, men trods flere rykkere er et sådant tilbud endnu ikke modtaget fra Elster.

139 DGC-rapport 6 4 Blandeanlæg fra Kiwa Da Kiwa har designet og leveret blandeanlægget til det hollandske Ameland-projekt, blev det besluttet at kontakte dem for at få et tilbud til det danske projekt. I forhold til Holland er der særlige danske forhold, der skal iagttages: Noget større variationer i gaskvalitet. Relativt lille minimumslast. 4.1 Tilbud fra Kiwa af 25. februar 2015, ref. Hans de Laat Kiwa tilbyder at levere et anlæg for Euro svarende til ca. 3,0 mio. DKK. Kiwa forventer, at de årlige driftsomkostninger for blandestationen andrager Euro, svarende til ca. 0,7 mio. DKK, dvs. 2,1 mio. DKK over de påtænkte tre års drift. Heraf forventer de, at DGC og de danske gasselskaber påtager sig overvågningsdelen, som de anslår til 1,5 mio. DKK over tre år. DGC's vurdering: KIWAs tal vurderes at være alt for høje. Det gælder både anlægsinvesteringen og driftsomkostningerne. Tilbud modtaget fra KIWA We have based our price on the work we did for the Ameland project in The Netherlands. Capital costs : Euro ,-- Inclusive of : Factory Acceptance Test (FAT) and Site Acceptance Test (SAT) Flanges/sockets for utilities connections Manuals Training for use Transport to Denmark, positioning on the desired spot. Some requirements for Denmark are new. These are: Minus 25 degrees ambient temperature (included) Billing (included) Noise < 35 1 m (included) Larger container (included)

140 DGC-rapport 7 Exclusive of: Lightning protection Ground connection Work of local natural gas/hydrogen /electricity installer Utilities connection: natural gas, electricity, internet, hydrogen Concrete foundation Operational costs per year Maintenance by Kiwa Euro ,-- Monitoring by DGC Euro ,-- Exclusive of: Local technical support by an employee (of the network operator) Utilities consumption, internet costs Troubleshooting by Kiwa All amounts are exclusive of VAT A few things are uncertain. Maybe more than 3 years of service life. An overhaul after 3 years is not included. It could be that local authorities require extra safety precautions we do not know yet. This is not included. Flere detaljer blev efterfølgende rekvireret fra KIWA. KIWAs svar ses nedenfor. We indexed the prices from 2007 to the current year and added a budget factor of 1,3 as discussed over the phone. The original price is based on engineering and construction by Kiwa. If we can outsource activities, this would lead to a more competitive price. capital costs materials man-hours facilities container total 1,17 indexing from after indexing travel expenses new requirements total 1,3 factor for budget price (DGC) budget price

141 DGC-rapport 8 operational costs maintenance (Kiwa) monitoring (DGC)? local support (network operator)? utilities (network operator) total

142 DGC-rapport 9 5 Blandeanlæg fra Dansk Gasteknisk Centers laboratorium (DGC) DGC har gennem en årrække designet og anvendt en række gasblandeanlæg til brug for bl.a. kedeltest, hvor der er behov for en række testgasser i specielle blandingsforhold. Det var derfor oplagt at udnytte den store ekspertise hos DGC til at få udarbejdet tilbud til projektet. 5.1 Tilbud fra DGC Installationen foreslås opbygget med tre målere til naturgas (fabrikat GAS OVAL 50, 53 og 56) som dækker hele flowområdet. Pulssignalet fra målerne (hhv. ca. 8, 35 og 150 ml/puls) anvendes til styring af tre masseflowcontrollere (Sierra Smart Trak), som tilsætter hydrogen til naturgas. En skitse af systemet er vist nedenfor: I stedet for de tre naturgasmålere er det også muligt at anvende én måler, fx Itron Delta Compact G16 1:100. I dette tilfælde er mindste målbare flow ca. 0,27 Nm 3 /h, altså lidt højere end de specificerede 0,2 Nm 3 /h. Standard HFpuls for denne måler er 218 ml/puls, hvilket giver lidt dårligere reguleringsmuligheder ved lavt flow end ovennævnte 8 ml. En hydrogenanalysator (Emerson X-Stream X2FD) bestemmer kontinuerligt hydrogenindholdet i gassen og lukker for hydrogenforsyningen, når koncentrationen overskrider en fastlagt grænseværdi.

143 DGC-rapport 10 Al signalbehandling og -styring foregår med specialmoduler fra PR Electronics. Et dataopsamlingsprogram, som DGC har udviklet, overvåger installationen og giver mulighed for (fjernstyret) at lukke for hydrogenforsyningen. Trykket i hydrogenforsyningen (2 batterier à 12 flasker) måles kontinuerligt. Efter tømning af et batteri skiftes automatisk over på det andet, og der sendes besked til gasleverandøren. Den gennemsnitlige hydrogenkoncentration i den leverede gas beregnes på basis af det målte naturgas- og hydrogenflow. Koncentrationen kontrolleres på basis af den leverede hydrogenmængde og forbrugsmålinger i nettet. Blandeanlægget installeres i en isoleret, men ikke opvarmet container med udvendig mål 244 x 142 x 246 cm (DENIOS MC-Vario 2310 ISO). Hydrogenforsyningen placeres i et indhegnet område med påkørselssikring. Det forudsættes, at området har en egnet belægning, og at der er indlagt el. Pris (1000 DKK) Gasblandeanlæg og analysator 403 Dataopsamling / overvågning 43 Hydrogenforsyning og container 111 Timebaserede omkostninger 207 (opbygning, test/kalibrering, dokumentation) Samlet pris inkl. 10 % uforudset 840 Prisen kan reduceres med DKK ved at anvende én naturgasmåler i stedet for tre: 670

144 DGC-rapport 11 6 Referencer 1. Pilot project on Hydrogen Injection in Natural Gas on Island of Ameland in the Netherlands. M.J.Kippers, J.C. De Laat, R.J.M. Hermkes. Kiwa Gas Technology, Apeldorn, The Nederlands. IGRC Seul Impact of Hydrogen Mixture on installed gas Appliances. Petra Nitschke-Kowsky. Werner Wessing. E.ON Ruhrgas AG. World Gas Conference 2012, Kuala Lumpur. 3. The influence of power-to-gas on natural gas quality & applications. Johannes Schaffert, Janina Senner, Eren Tali, Frank Burmeister, Klaus Görner. IGRC 2014 Copenhagen. 4. Experience with injection of hydrogen into a naturally grown gas distribution grid. Petra Nitschke-Kowsky, Werner Wesing, Jörg Rudat. E.ON Technologies GmbH. IGRC 2014 Copenhagen. 5. Field test of residential natural gas boilers with addition of hydrogen. WP5.D14 part 1. R0026-WP5-R-0. Henrik Iskov. September Naturalhy (EU project)

145 DGC-rapport 12 Bilag 1: Gaskvalitet nu og fremover i Danmark (ref : Energinet)

146 DGC-rapport 13

147 WP 2.6 Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr Maj 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

148 WP 2.6 Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2015

149 Titel : WP 2.6 Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\wp 2.6 Demonstrationsprogram og driftsmæssig overvågning his docx Sagsnavn : Gasnettet som VE lager

150 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Baggrund og tidligere erfaringer Indledende demonstrationsprogram før idriftsættelse Procedurebeskrivelse Demonstrationsprogram efter idriftsættelse Demonstrationsprogram efter to års driftsfase Referencer... 6

151 DGC-rapport 2 1 Baggrund og tidligere erfaringer Indblanding af brint i naturgasnettet er ikke tidligere forsøgt i Danmark. Det er dog tidligere sket i Holland (Ameland-projektet gennem tre år op til 20 % vol. H 2 ) og i Tyskland (Klanxbüll lige syd for grænsen til Danmark, hvor det p.t. foregår med op til 10 % vol. H 2 ). Begge steder har forsøgene forløbet helt uden problemer. I Danmark har man tidligere gennemført forsøgsprojekter med ren brintdistribution ud til boliger i forbindelse med brændselscelledemonstrationsprojekter (Herning og Vestenskov). I begge tilfælde har man anvendt distributionsnet med samme type polymerrør (PE 100), samlinger og komponenter, som anvendes til naturgasnet. For de specifikke typer komponenter, der har været anvendt, har man dog fået testet og godkendt disse til den aktuelle anvendelse. I forbindelse med det store EU-projekt Naturalhy ( ) er der i DGC s laboratorium gennemført forsøg med nye kondenserende villakedler fra Vaillant og Bosch med præ-mix-brændere samt forsøg med en ældre Vaillant VC182 med partiel præ-mix-brænder. Der gennemførtes forsøgsdrift i ca. fire måneder ved varierende last og hyppig start-stop. HMN gennemførte efterfølgende field -test i et års tid med en kedel og et komfur opstillet i deres udstillingslokaler. Kedelforsøgene viste at op til 45 % vol. H 2 ikke gav problemer. For komfuret var stabil drift mulig op til ca. 40 % vol. H 2. På baggrund af disse erfaringer /1/, /2/, /3/, /4/, /5/ er et demonstrationsprogram blevet udformet med fokus på at afdække særlige danske forhold, der skal iagttages, før en bred udrulning af brinttilsætning til gasnettet kan gennemføres forsvarligt mht. person- og driftssikkerhed. 1.1 Indledende demonstrationsprogram før idriftsættelse Målet med demonstrationsprogrammet er på sikker vis at demonstrere, at et mindre lokalområde med naturgasslutbrugere uden nævneværdige problemer kan håndtere brinttilsætning til naturgassen op til 15 % vol. uden

152 DGC-rapport 3 mærkbare ændringer i ydelser eller væsentlig reduktion i driftssikkerhed eller forringelse af emissionsforhold. I denne fase demonstreres Tæthed for naturgasudslip Hvilke tiltag, der skal til for at opnå acceptabel tæthed for naturgasudslip Tætheden over for brintudslip Hvilke tiltag, der skal til for at opnå acceptabel tæthed for brintudslip Procedurebeskrivelse 1. Alle gasapparater testes indledningsvis med ren naturgas. Der foretages normal onsite-emissionstest af alle apparater. Specifikt måles CO, CO 2 og NO x. 2. Alle apparater gennemgår serviceeftersyn og vekslerrensning mv. Brænderhoved fotograferes til sammenligning med udseende efter driftsfaser med brint. Kontrol af emissionsforhold, hvor der specifikt måles CO, CO 2 og NO x. Endvidere er der visuel inspektion af forbrænding via skueglas og om muligt fotoregistrering heraf. 3. Forbrugersystem fra måler til og med kedel læktestes med passende overtryk med naturgas på normal vis. 4. Distributionsnettet fra naturgas-brint-blandestation testes på tilsvarende vis frem til forbrugermåler. 5. Eventuelle lækager i forbrugersystemer eller distributionsnet lokaliseres og tætnes på normal vis 6. Herefter tilsættes 5 % vol. H 2 til naturgasnettet. 7. Samtlige apparater forsætter normal drift evt. i skorstensfejer-mode (fuldlast-mode til testbrug) i en passende tid så det sikres, at blandingen er fremført til alle forbrugere. 8. Gassystemet læktestes med trykfaldstest og brintsniffer efter behov og mulighed: fælles distributionsnet inkl. blandeanlæg frem til hver kundes måler. Slutbrugersystem afspærres for hver forbruger an måler. Der gennemføres separat læktest af rør, samlinger, armaturer og gasforbrugende enheder for hver slutbruger.

153 DGC-rapport 4 9. Eventuelle lækager for brintudslip registreres og tætnes så vidt muligt med normale metoder for naturgasanlæg. Afhjælpningsmetode registreres og beskrives nærmere. 10. PS! Efter idriftsættelse gentages Pkt. 8 og 9 med aftagende frekvens som beskrevet i sikkerhedsproceduren i WP Demonstrationsprogram efter idriftsættelse Driftsfasen er planlagt til at dække en periode på to år. I denne periode vil brinttilsætning ske med en gradvis tiltagende andel: Fase 1: 0-6 måneders demonstration af 5 % vol. H 2 tilsat Fase 2: 7-12 måneders demonstration af 10 % vol. H 2 tilsat Fase 3: måneders demonstration af 15 % vol. H 2 tilsat. Efter faseskift gentages pkt i afsnit 1.1. Alle erfaringer skal registreres og beskrives. Alle faser indledes også med kontrol af emissionsforhold CO, CO 2 og NO x samt visuel inspektion af forbrænding via skueglas. Om muligt foretages fotoregistrering af forholdene til sammenligning af drift ved andre blandingsforhold. Sikkerhedsteknisk overvågning i øvrigt sker i henhold til WP Demonstrationsprogram efter to års driftsfase Alle apparater adskilles i hovedkomponenter. Pakninger tjekkes visuelt og sammenholdes med pakninger fra anlæg, der ikke har været eksponeret for brintdrift. Hvis der er indikation af materialeændringer, sendes pakninger til nærmere analyse. Mekanisk funktion af armaturer mv. undersøges, herunder om eventuelle smøremidler er intakte. Hvis smøremidler mangler eller har skiftet karakter, sendes prøver til analyse.

154 DGC-rapport 5 Alle erfaringer rapporteres til brug for en indikativ vurdering af, hvilke tiltag og omkostninger der er forbundet med at forberede det danske naturgasdistributionsnet til op til 15 % vol. brintindblanding.

155 DGC-rapport 6 2 Referencer 1. Pilot project on Hydrogen Injection in Natural Gas on Island of Ameland in the Netherlands. M.J.Kippers, J.C. De Laat, R.J.M. Hermkes. Kiwa Gas Technology, Apeldorn, The Nederlands. IGRC Seul Impact of Hydrogen Mixture on installed gas Appliances. Petra Nitschke-Kowsky. Werner Wessing. E.On Ruhrgas AG. World Gas Conference 2012, Kuala Lumpur. 3. The influence of power-to-gas on natural gas quality & applications. Johannes Schaffert, Janina Senner, Eren Tali, Frank Burmeister, Klaus Görner. IGRC 2014 Copenhagen. 4. Experience with injection of hydrogen into a naturally grown gas distribution grid. Petra Nitschke-Kowsky, Werner Wesing, Jörg Rudat. E.ON Technologies GmbH. IGRC 2014 Copenhagen. 5. Field test of residential natural gas boilers with addition of hydrogen. WP5.D14 part 1. R0026-WP5-R-0. Henrik Iskov. September Naturalhy (EU project)

156 WP 2.8 Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr December 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

157 WP 2.8 Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Niels Bjarne Rasmussen Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2014

158 Titel : WP 2.8 Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Niels Bjarne Rasmussen Dato for udgivelse : December 2014 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\wp 2.8 jura_forr_selsk_kunde_dec2014.docx Sagsnavn : Gasnettet som VE-lager

159 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Resume Projektet Aftalegrundlag mellem parterne indbyrdes Spørgsmål der bør reguleres Kompetence og beslutninger Ansvarsfordeling og forsikring Aftaler med kunden Rettigheder Finansiering Skat... 9 BILAG Bilag 1: Notat fra Bruun og Hjejle: Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde

160 DGC-rapport 2 1 Resume Det efterfølgende Bilag 1 omhandler de spørgsmål, som kan opstå i forbindelse med gennemførelse af et projekt i samarbejde mellem forskellige gasselskaber om tilsætning af brint til naturgasnettet. Det belyser forskellige aspekter af en situation ved lokal tilsætning af brint i et naturgasnet, hvor der skal indgås aftale med de lokale forbrugere, og hvor blandt andet de forsikringsmæssige og skattemæssige forhold skal afklares. Notatet blev bestilt af Binh Pham og Niels Capion fra HMN Naturgas hos advokatfirmaet Bruun & Hjejle.

161 Bilag 1 Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde Indholdsfortegnelse Side 1. Projektet 4 2. Aftalegrundlag mellem parterne indbyrdes Spørgsmål der bør reguleres Kompetence og beslutninger Ansvarsfordeling og forsikring Aftaler med kunden Rettigheder Finansiering 9 3. Skat 9 3

162 Til: Fra: Binh Pham, HMN Naturgas I/S Poul Heidmann, Bruun & Hjejle Dato: 14. december 2014 Emne: Tilsætning af brint til naturgas - forsøgsprojekt UDKAST Nærværende notat er et foreløbigt udkast, der kan benyttes til dialog om projektet. Vi vil gerne have lejlighed til at foretage en lidt grundigere vurdering af de spørgsmål, der omtales i notatet, herunder af skattespørgsmålet. HMN har bedt om en vurdering af et projekt, der omhandler tilsætning af brint til naturgas. Der er tale om et forsøgsprojekt, der skal omfatte et mindre antal villaer og evt en mindre erhvervsvirksomhed. HMN ønsker navnlig en besvarelse af følgende: 1. Hvilke særlige aftaler, der skal indgås med kunden, ud over den gældende tilslutningsaftale med HMN (herunder vurdering af om denne skal indgås med HMN og kunden eller DGC og kunden) 2. Hvilke forsikringsforhold, der skal håndteres, og skal dette foregå ved, at HMN eller DGC tegner en selvstændig forsikring for skader, der måtte opstå. Det må lægges til grund, at HMN's gældende forsikring ikke dækker forsøgsprojekter af den foreliggende art, men alene HMN's almindelige drift og virksomhed. 3. Hvorvidt kunden skal beskattes af det vederlag/brint/serviceeftersyn de modtager. Herunder muligheden for at undgå beskatning ved at det foregår via en reduktion af regningen, eller om HMN eller DGC kan indberette/indeholde skat for kunden, således at kunden ikke besværes af dette. 1. Projektet Af det modtagne materiale fremgår bl.a., at der ikke er indgået en samarbejdsaftale mellem parterne. Det vil jeg råde til, da der er tale om en flerhed af deltagere og et projekt, der ikke er uden risiko. Der er således behov både for at fastlægge kompetenceforhold, ansvarsforhold og financiering af projektet. Af det foreliggende materiale kan følgende udledes af betydning for disse spørgsmål: 4

163 Projektet formål er at fastlægge og demonstrere i hvor høj grad gasdistributionssystemet kan anvendes som infrastruktur og lager for et energisystem, som helt eller delvist er baseret på hydrogen. Projektet gennemføres i samarbejde mellem DGC, gasdistributionsselskaberne HMN, DONG Energy og Naturgas Fyn samt Energinet.dk, idet specifikke problemstillinger vedr. gasnettet og gasanvendelse løses med bistand fra gasselskabernes fælles ekspertgrupper for hhv. gastransport og gasanvendelse, hvori såvel Sikkerhedsstyrelsen som Arbejdstilsynet er repræsenteret. Projektet udføres i tre faser, hvoraf fase I og II realiseres nu: Fase I: Gassystemets og gasapparaternes egnethed for hydrogen Fase 1 har disse komponenter: - Gennemgang og kategorisering af materialer og komponenter i det danske gasdistributionssystem. - Gennemgang og kategorisering af gasapparater anvendt til private husholdninger o. lign., samt gas til erhverv, industri og transportsektor. - Sikkerhedskritiske parametre for hydrogen og NG blandinger - Identifikation af kritiske komponenter og apparater, som ved en givet % hydrogen i naturgas - enten skal udskiftes, justeres og/eller afprøves og godkendes inden en demonstration. - Myndighedskrav i forbindelse med hydrogentilsætning til naturgassystemet (SIK, AT) - Vurdering af tekniske og økonomiske muligheder for en omstilling af gassystemet til drift på hhv. 2 %, 10 % og 100 % hydrogen. Fase II: Design af demonstrationsprojekt Faserne i denne del udgør: - Udvælgelse af site (afgrænset delstreng af gasdistributionsnet) - Gennemgang af system og gasapparater inkl. installation mhp. sikkerhedsteknisk problemfri drift. - Testprogram for net (lækage) og apparater (driftseftersyn) - Fastlæggelse af evt. lab.-afprøvning af kritiske komponenter og apparater inden drift med hydrogen-ng blandinger - Design af blandestation og kontrol og overvågning af gassammensætningen 5

164 - Fastlæggelse af demonstrationsprogram (hydrogen % og kontrol under drift). Løbende overvågning af komponenter og apparater. - Aftaler om - og krav til - sikkerhedsteknisk overvågning af driften med SIK og AT. - Fastlæggelse af juridiske og forretningsmæssige forhold mellem distributionsselskab, handelsselskab og gaskunde. - Budget og ansøgning for demonstrationsprojekt. - Projektledelse og administration. I materialet anføres om deltagernes kompetencer: Gasdistributionsselskaberne varetager transporten af gas til ca gasforbrugere i Danmark, herunder drift og vedligehold af gasnettet, gasmåling, godkendelse og kontrol af slutanvendelse samt myndighedsansvar på vegne af SIK. Energinet.dk varetager transporten af gas i gastransmissionsnettet, herunder afsætningen af gas til distributionsselskaberne, enkelte større gasforbrugere, samt forbindelserne til udlandet. Energinet.dk er som TSO også balanceansvarlig. Alle gastransportselskaber har stor erfaring med projektledelse for såvel infrastrukturprojekter, driftsrelaterede opgaver og tilsyn, GIS projekter og energispareopgaver. Mange opgaver løses via brug af underleverandører. Energinet.dk har desuden betydelig erfaring med prognosearbejde og scenarieanalyser for fremtidens energiforsyning. DGC har gennem mange år udført FUD opgaver på især energi- og gasanvendelsesområdet og en væsentlig del af DGC arbejdsindsats er i dag koncentreret om introduktionen af VE-gasser, herunder bl.a. etableringen af Testcenter for grønne gasser (Green Labs DK center).. Gastransportselskaberne og DGC deltager i det europæiske gasforskningssamarbejde GERG samt i CEN, hvor forhold vedr. ændrede gaskvaliteter og introduktion af biogas og hydrogen behandles. Endelig deltager DGC i IEA samarbejdet om hydrogen, og bidrager bl.a. aktivt i et internationalt projektsamarbejde om fremtidens infrastruktur for hydrogen. 6

165 2. Aftalegrundlag mellem parterne indbyrdes Det oplyses i materialet, at projektet udføres i regi af Gasselskabernes samarbejde om drift og teknik (fagudvalgssamarbejdet for gastransportselskaberne), som behandler tekniske problemstillinger af fælles interesse vedr. sikkerhed, effektivitet, miljø inden for fagområderne: gastransport, gasanvendelse og gasmåling. Som nævnt ovenfor anføres det tillige, at opgaven løses med bistand fra gasselskabernes fælles ekspertgrupper for hhv. gastransport og gasanvendelse, hvori såvel Sikkerhedsstyrelsen som Arbejdstilsynet er repræsenteret. Jeg er ikke bekendt med disse foras nærmere sammensætning og funktionsmåde. Det vil efter min vurdering være hensigtsmæssigt, at de deltagende parter indgår en konsortieaftale (gerne et I/S) som ramme for realiseringen af projektet. På denne måde vil man få en naturlig adgang til at regulere nogle af de spørgsmål, HMN rejser og regulere nogle af de øvrige spørgsmål, der bør reguleres. Desuden vil projektet kunne tale selvstændigt til omverdenen. 2.1 Spørgsmål der bør reguleres Som anført ovenfor, bør der ske en fastlæggelse af kompetenceforhold, ansvarsforhold og finansiering af projektet. Rettigheder bør også overvejes. Indflydelse og ansvar bør i princippet følges ad. Ved vurderingen af indflydelse kan der også lægges vægt på deltagernes økonomiske indskud. 2.2 Kompetence og beslutninger Det er min vurdering, at parternes kompetencer fordeler sig således, at DGC har den faglige viden / projektideerne, mens HMN og de øvrige distributionsselskaber har den praktiske erfaring med realisering af projekter og muligheden for at gennemføre løsningerne i praksis. I et aftalegrundlag bør der udarbejdes kompetencebestemmelser, der regulerer styregruppens beslutningskompetence. 7

166 De operationelle selskaber er samlet største bidragsyder med HMN i spidsen som den største af disse. Disse selskaber skal have den afgørende indflydelse på om og hvordan projektet i praksis realiseres, mens DGC bør have teten på den teoretiske projektudvikling og selvsagt kan bidrage med forslag til den praktiske gennemførelse. 2.3 Ansvarsfordeling og forsikring I et sådant samarbejde vil parterne typisk hæfte solidarisk overfor omverdenen, men indbyrdes kan en anden fordeling aftales. Det indbyrdes ansvar mellem deltagerne kan f.eks. fordeles efter en kvantitativ nøgle svarende til det økonomiske engagement. Efter de almindelige leveringsbetingelser er HMN ansvarlig for naturgassens kvalitet. Der er behov for at fravige dette overfor kunderne, jf. nærmere nedenfor. Ansvarsforholdene bør som anført fastlægges i kontrakten. Sideløbende med dette arbejde bør der udarbejdes en oversigt over de risici, som projektet indeholder. På grundlag af dette bør konsortiet tegne en ansvarsforsikring, der afdækker dette. 2.4 Aftaler med kunden Der bør udarbejdes et selvstændigt aftalegrundlag med kunden. Aftalen indgås med konsortiet og for så vidt angår fravigelser af HMNs almindelige betingelser, med tiltrædelse af HMN. Aftaledokumentet skal bl.a. oplyse om risici, ansvar og forsikring. HMNs almindelige leveringsbetinger, punkt 16.3 fraviges i hver fald for så vidt angår de særlige projektrisici. I modsat fald vil HMN stå med hele ansvaret for skader forårsaget af naturgassens kvalitet, hvilket her nok vil blive fortolket som et ansvar også for den brint-blandede gas. 2.5 Rettigheder Selv om der efter materielet ikke foreligger planer om udvikling af patenter, vil der sagtens kunne opstå særlig viden / know-how som en følge af projektet. Der bør aftales en formel for adgangen til anvendelse af resultaterne og om disses beskyttelse, hvis der er mulighed herfor. 8

167 2.6 Finansiering Deltagernes finansielle bidrag er vist i det modtagne materiale. Der bør udarbejdes et budget og reguleres i aftalen om yderligere indskud kan kræves. 3. Skat Både villakunder og den mindre virksomhed, der evt. deltager i projektet, vil være skattepligtig af det vederlag for deltagelse. Vederlagets fremtrædelsesform betyder ikke noget, f.eks. er vederlag i form af naturalier også skattepligtigt. Dette gælder også en rabat, hvis rabatten reelt er et vederlag. De skattepligtige konsortiedeltagere kan tilsvarende fratrække udgiften til vederlaget som en driftsomkostning. Dette gælder også, hvis vederlaget gives som en rabat til kunderne. Konsortiedeltagerne har ingen indberetnings- eller indeholdelsespligt over for SKAT ved udbetaling af vederlagene. Kunderne bør således blot informeres om vederlagets størrelse, og at det er selvangivelsespligtigt. Hvis det overvejes at kompensere kunderne for skatten, vil kompensationsbeløbet også være skattepligtigt. Med andre ord skal kunderne ved en friholdelse have et bruttobeløb, som efter beskatning kan dække skatten af vederlaget. I relation til den mindre virksomhed kan der være et momsspørgsmål, da virksomheden kan siges at levere en momspligtig tjenesteydelse mod vederlag. I så fald kan det blive nødvendigt for virksomheden at udstede en faktura med moms som grundlag for modtagelsen af vederlaget for at deltage i projektet. 9

168 WP 2.9 Budget og ansøgning til demonstrationsprojekt En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager EUDP J.nr Maj 2014 RAPPORT Dansk Gasteknisk Center a/s Dr. Neergaards Vej 5B 2970 Hørsholm Tlf dgc@dgc.dk

169 WP 2.9 Budget og ansøgning til demonstrationsprojekt En delrapport i projekt Gasnettet som fremtidens VE-lager Jean Schweitzer Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2015

170 Titel : WP 2.9 Budget og ansøgning til demonstrationsprojekt Rapport kategori : Kunderapport Forfatter : Jean Schweitzer Dato for udgivelse : Maj 2015 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : ; H:\739\99 Gasnettet som VE lager\final reports\wp 2.9 budget_ansogning_demoprojekt.docx Sagsnavn : Gasnettet som VE-lager

171 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Forløb af delprojekt... 2

172 DGC-rapport 2 1 Forløb af delprojekt Denne delopgave bestod i at forberede sidste fase (fase III) i projektet "Fremtidens lager for vedvarende energi", hvor EUDP gav støtte til de første to faser, som bestod i at undersøge og bedømme den praktiske gennemførlighed og nytteværdi af demonstrationsprojektet. I fase I og II blev identificeret en isoleret del af gasnettet, som var egnet til projektet. Arbejdet bestod i at forberede det nye projekt (fase III) og dets budget sammen med partnerne og i at forberede et nyt EUDP-projektforslag i WP 2.9. Dette blev udført, men et par dage før indsendelse af projektforslaget, blev det besluttet alligevel ikke at indsende det. Grundet projektets karakter var budgetandelen for det selskab, der var ansvarlig for den del af nettet, hvor demonstrationen skulle foregå, temmelig stor, og dette var medvirkende årsag til, at man blev enig om at aflyse indsendelsen. Det foreslåede projekt i fase III var opdelt i forskellige arbejdspakker, som følger: WP1 Hardware WP1.1 Injection of H 2, metering and data acquisition WP1.2 H 2 detection (for each user site) WP 2 Safety check and monitoring before and during the project execution (design and execution of the demo) WP2.1 Injection scenarios WP2.2 Risk analysis (HAZOP) WP2.3 Leakage on the whole chain WP2.4 Combustion check on appliances /improvements in order to solve possible issues WP3 Analysis of the impact of H 2 on the installations. Conclusions and reporting. WP4 H2 testing future solutions: injection with biogas lab tests'

173 DGC-rapport 3 WP5 Non-technical tasks and communication WP6.1 Legal and contractual aspects, billing WP6.2 Dissemination communication using experience from abroad and national projects WP6.3 Overall co-ordination and administration For hver arbejdspakke var der beskrevet specifikke opgaver, som var indarbejdet i et Gant-kort. Ledere for og deltagere i de enkelte arbejdspakker var også blevet udpeget. Desuden var budgettet, inkl. hardware, blevet vurderet. Dette arbejde havde omfattet kontakt til en række potentielle underleverandører. Hele forberedelsen af projektforslaget var foregået i tæt samarbejde med partnerne. Det samlede budget for projektet i fase III var vurderet til ca. 6 millioner DKK.

174 Brint Brint i naturgasnettet har lange udsigter Brint i naturgasnettet kan bruges som lager for vindmøllestrøm, men det batter ikke meget i den store sammenhæng. Så længe der anvendes brændsler som biomasse og gas til fremstilling af varme, vil det være bedre at bruge overskydende vindmøllestrøm til opvarmning. Af Torben Skøtt Naturgas består for over 90 procent vedkommende af metangas med den kemiske betegnelse CH 4. Det vil sige, at for hvert kulstofatom (C) indeholder gassen fire brintatomer (H). Det giver mulighed for at sende brint ind på naturgasnettet og på den måde lagre overskydende vindmøllestrøm. Tyskerne gør det allerede på forsøgsbasis, og i Danmark er Dansk Gasteknisk Center ved at lægge sidste hånd på et EUDPprojekt om at bruge gasnettet som energilager. Her har man blandt andet undersøgt, hvilken betydning det kan få for gaskvaliteten, og hvor store energimængder man kan lagre. Endnu mangler en enkelt delrapport, men projektleder hos Dansk Gasteknisk Center Niels Bjarne Rasmussen tør godt konkludere, at brint i naturgasnettet kun har marginal betydning, når det handler om at lagre store mængder overskydende vindmøllestrøm. For det første er der grænser for, hvor meget brint der kan pumpes indpågasnettetudenatskabe problemer hos forbrugerne. For det andet indeholder brint mindre energi end naturgas, og endelig går en del af energien tabt, når vindmøllestrøm skal konverteres til brint, lagres i naturgasnettet og efterfølgende bruges til elproduktion i vindstille perioder. Få procent brint i gasnettet Der findes ikke noget præcist tal for, hvor meget brint gasnettet kan optage, da det afhænger af, hvilke brugere der er tilkoblet. Almindelige husholdningsapparater vil typisk kunne klare ti procent brint, gasturbiner og gasmotorer kan klare fem procent, mens grænsen for brinttankstationer er på kun to procent. Der er naturligvis undtagelser. Eksempelvis findes der gasmotorer, der let kan klare ti procent brint, og der findes specielle gasturbiner, som kan køre på ren brint. Endelig kan man forestille sig, at der på sigt udvikles nye apparater og motorer, som er mindre kritiske over for svingninger i gaskvaliteten. Foto: Torben Skøtt/BioPress Der kan være god ide at skrue ned for forbruget af biomasse i perioder med meget vindmøllestrøm på markedet. Brug i stedet el og gem biomassen til de vindstille perioder. 20 FiB nr. 53 september 2015

175 Brint Brændselsceller El 100 % H 2 70 % CH 4 56 % Elektrolyse Metanisering Gasnet CH 4 54 % Kraftvarme 24 El % Figur 1. Ved lagring af el i naturgasnettet vil omkring tre fjerdedel af energiindholdet gå tabt, når der ses bort fra den mængde varme, der produceres i kraftvarmeanlægget og ved konvertering af el til metangas. Men selv hvis det bliver muligt at blande naturgassen op med eksempelvis ti procent brint, er der grænser for, hvor meget vindmøllestrøm der på den måde kan lagres i gasnettet: Ti procent brint i naturgasnettet svarer til godt tre procent af energiindholdet i naturgas. I fremtiden vil der blive distribueret omkring dobbelt så meget energi i elnettet som i gasnettet, så tre procent i gasnettet vil i fremtiden svare til, at vi kan lagre omkring halvanden procent af energien i elsystemet, forklarer Niels Bjarne Rasmussen. Behovet for balancering af el vil imidlertid være op til 100 gange større, så hvis gasnettet for alvor skal bruges som energilager, vil det være nødvendigt at omdanne brinten til metangas. Det er et fordyrende led, som medfører yderligere tab, men det er nødvendigt, hvis det skal batte noget i den store sammenhæng, lyder det fra Niels Bjarne Rasmussen. Dyr løsning Han lægger ikke skjul på, at det kan blive en bekostelig affære at konvertere el til naturgas og tilbage til el igen i vindstille perioder. Anlægsinvesteringerne er betydelige, og omkring tre fjerdedele af energien vil blive tabt i processen (se figur 1). Trods de store tab er der på lang sigt næppe tvivl om, at vi får brug for teknologien, men på kort sigt er det værd at fokusere på andre, mere enkle metoder, vurderer Niels Bjarne Rasmussen. Han peger i den forbindelse på muligheden for at bruge el til opvarmning, når der er overskydende el på markedet og prisen er lav: I dag bruger vi en masse biomasse og naturgas til opvarmning, ligesom kraftvarme lægger beslag på både biomasse og naturgas alt sammen brændsler som kan lagres uden problemer. Når det er koldt om vinteren, og der er overskydende el på markedet, vil det være oplagt at bruge el til opvarmning. Det vil ganske vist kræve et parallelt system, hvor varmeværker og private husstande installerer elpatroner, men investeringen vil være til at overskue, og konverteringen fra el til sparet brændsel vil ske med en effektivitet på rundt regnet 100 procent. Det er meget billigt og effektivt, pointerer Niels Bjarne Rasmussen. Skal det fungere i praksis vil det kræve en omlægning af energiafgifterne, så afgifterne er proportionale med spotprisen på el. Dermed vil forbrugerne i langt højere grad tilpasse deres elforbrug til den aktuelle produktion, og det vil kunne indrettes, så staten får det samme provenu som i dag. I et fremtidigt VE-samfund giver det god mening at konvertere el til metangas, men så længe vi bruger lagerstabile brændsler til opvarmning, handler det i højere grad om at få elforbruget til at følge produktionen og gemme brændslerne til fremstilling af el og varme i vindstille perioder, slutter Niels Bjarne Rasmussen. Brændselsceller til smartphonen og den bærbare Foto: Apple Brændselsceller til den bærbare, så man ikke længere er afhængig af elnettet, kan blive en realitet inden for få år. Flere af de store elektronikgiganter som Sony og Apple arbejder på at udstyre deres mobile enheder med brændselsceller, skriver det norske fagblad Teknisk Ukeblad. Apple har således søgt patent på en brændselscelle, der er indbygget i en bærbar computer uden at det øger vægten mærkbart. Selskabet har endnu ikke besluttet, hvilket brændsel, der skal anvendes, men det skal opbevares i en patron, som let kan udskiftes. For få uger siden kunne britiske forskere fremvise en modificeret iphone 6 med en indbygget brændselscelle og med samme form og størrelse som den batteridrevne iphone 6. Præsentationen af den brændselscelledrevne iphone vakte en del opsigt, og der går rygter om, Til venstre: Apples bærbare kan i fremtiden blive udstyret med brændselsceller. Til højre: Strømforsyning til mobiltelefon med brændselscelle, batteri og styring fra Sony. Foto: Sony at de britiske forskere i dag arbejder sammen med Apple om at videreudvikle teknologien. I 2008 fremviste Sony en prototype på en strømforsyningen på kun 5 x 3 cm, bestående af en brændselscelle, et batteri og en styringsenhed. Brændselscellen blev drevet af metanol, og 10 milliliter var nok til 14 timers videoafspilning på en mobiltelefon. TS Kilde: FiB nr. 53 september